Contenido
Las propiedades mecánicas de los materiales termoplásticos impresos en 3D se han explorado bastante bien en este momento. Seguro que siempre hay margen de mejora … gradualmente, con el tiempo, los investigadores crearán nuevas mezclas de polímeros o nuevos plásticos rellenos, y habrá ganancias incrementales en resistencia.
Eventualmente, los materiales poliméricos de ingeniería serán comparables a ciertos metales en términos de peso y resistencia. Todo bien.
Pero hay más en los polímeros impresos en 3D que una mera resistencia específica.
Varias empresas han estado jugando con las propiedades eléctricas de las materias primas, durante un tiempo, con la intención de hacerlas conductoras y disipadoras de estática.
En esta publicación, analizaremos los materiales disipadores de estática o los llamados materiales seguros contra descargas electrostáticas .
ESD, o descarga electrostática, es la descarga de electricidad entre un objeto cargado estáticamente (como su mano) y otro objeto de diferente potencial, como el pomo de una puerta de metal.
Sabes lo que sucede a continuación: tocas el pomo de la puerta y te das un golpe.
Si eso sucede todos los días durante un año en un aula, entonces puede dejar un miedo pavloviano a los pomos de metal (hablando por experiencia).
Los seres humanos pueden comenzar a sentir ESD en la piel alrededor de 2000-3000 voltios. Obviamente la corriente es insignificante, de lo contrario te mataría.
Sin embargo, los componentes electrónicos pequeños, como los transistores de un circuito integrado, pueden ser completamente destruidos por descargas electrostáticas con voltajes inferiores a solo 10 voltios de electricidad estática.
Eso sin mencionar los arcos causados cuando un objeto cargado estáticamente intenta conectarse a tierra a través de un espacio de aire. Realmente no quieres que estas chispas vuelen mientras llenas tu tanque de combustible con gasolina.
Ambas y otras razones explican por qué los diseñadores e ingenieros de productos necesitan plásticos seguros contra ESD. Protegen los componentes electrónicos sensibles a ESD durante la fabricación y evitan que las estaciones de servicio exploten.
En términos de materiales seguros contra ESD, se pueden dividir en dos grupos principales.
Estos son materiales conductores y disipadores de estática .
Los conductores tienen baja resistencia eléctrica y pueden transferir carga eléctrica a través del material a granel o sobre la superficie. En la aplicación ESD, se utilizan en aquellas pulseras ESD que usa en su muñeca y conecta a tierra. También se utilizan en las placas sobre las que se para al entrar en un área controlada por ESD, como en una fábrica de productos electrónicos.
Materiales conductores frente a materiales disipadores de estática
Los materiales conductores tienen una resistencia eléctrica muy baja, lo que permite que los electrones fluyan fácilmente a través de su superficie o a través de la mayor parte del material. La carga fluye rápidamente de un conductor a otro.
Con materiales disipadores de estática, la carga fluye más lentamente. Cuando ocurre un arco, lo hace a una velocidad más lenta y con menor energía cuando intenta llegar al suelo.
Los plásticos son aislantes. Mantienen la carga y tienen una alta resistencia eléctrica. Para tener un camino a tierra, se deben agregar rellenos conductores al material para que sea disipativo.
Para ser clasificado como un material seguro contra ESD, la resistencia de la superficie de ese material debe estar dentro del rango de 10 5 Ω y 10 11 Ω. Si es menor que ese rango, es conductor. Si es más, entonces es un aislante.
Aquí hay algunos materiales diferentes que están diseñados para aplicaciones ESD que cubren los principales métodos de impresión de plástico.
Materiales extruidos
Si lo suyo es la deposición de filamentos, entonces tiene muchas opciones para filamentos seguros contra ESD.
La mayoría de ellos modifican la resistencia de la superficie mediante la adición de alguna forma de carbono.
Los materiales seguros contra descargas electrostáticas (ESD) están disponibles en una amplia variedad de diferentes sabores de polímeros, incluidos nailon de alta temperatura, TPU y policarbonato. Ultimaker tiene una excelente descripción general de los materiales seguros contra ESD que también se prueban en sus máquinas, aquí mismo .
Este soporte para placa Arduino se imprimió en PET-G seguro para ESD de Clariant en una Ultimaker S5. Crédito de la imagen: Ultimaker
Materiales sinterizados
Las materias primas de plástico sinterizado compatibles con ESD son menos numerosas que sus homólogos de filamentos extruidos. Pero todavía están disponibles comercialmente para cualquiera que posea una máquina SLS capaz de imprimir plásticos.
La empresa de plásticos Igus tiene un material sinterizado llamado iglidur I8-ESD, por ejemplo. Tiene una alta resistencia a la abrasión y es disipador electrostáticamente. Según el sitio web, es compatible con la mayoría de las máquinas SLS.
Fotopolímeros
Parece haber una clara escasez de opciones en lo que respecta a resinas fotopoliméricas seguras contra ESD por alguna razón. Incluso Carbon no tiene nada en la lista.
Hay una empresa llamada 3DResyns que anuncia una variedad de resinas conductoras, y afirman en el sitio web que al agregar varias partículas conductoras y semiconductoras a su mezcla, pueden fabricar resinas fotopoliméricas seguras contra ESD según sus necesidades.
Además, hay una empresa llamada Fortify que fabrica una impresora híbrida DLP / compuesta , que tiene un par de opciones con respecto a los materiales seguros contra ESD.
Su proceso de impresión implica la deposición por capas normal, como se encuentra en un proceso de impresión de fotopolímero típico, pero con la adición de un tanque de mezcla que inyecta los aditivos en la resina base. A este proceso lo llaman Fabricación de compuestos digitales .
Cámara de mezcla: Crédito de imagen Fortify
Además, el sistema tiene algo llamado «Fluxprint», que usa imanes para alinear las partículas en la resina mientras se cura. Aparentemente, esto mejora la resistencia de las piezas.
Curiosamente, el sitio de Fortify dice que los aditivos funcionales deben distribuirse uniformemente para lograr propiedades consistentes del material. Su llamado proceso de mezcla cinética continua aborda este problema mezclando resina y aditivos constantemente, aliviando la sedimentación de las partículas de aditivos.
Aparte de estas dos empresas, no se encontraron más fabricantes de resinas vendiendo resinas ESD.
¿Por qué es esto?
Concluimos que puede deberse a un par de razones.
En primer lugar, puede ser simplemente como ha dicho Fortify. Quizás las resinas y los aditivos deban mezclarse constantemente para imprimir correctamente, de ahí que nadie lo haga.
O simplemente podemos tener el término de búsqueda incorrecto en Google.
Si alguien sabe la respuesta de por qué hay tan pocas resinas fotopoliméricas seguras para ESD disponibles, háganoslo saber en los comentarios.
Y mientras tanto, si necesita algo impreso que sea seguro para ESD, entonces tendrá mucha más suerte con las impresoras de extrusión de filamentos o los plásticos de fusión en polvo.
En el próximo artículo, veremos las opciones de materias primas conductoras. Esos son los materiales con una resistencia superficial de menos de 10 5 Ω.
