Ana Ibañez-AIJU

INTRODUCCIÓN 

A finales de los 80 surgieron una gran variedad de tecnologías de fabricación conocidas como  “Rapid Prototyping and Manufacturing” (RP& M). Estas nuevas tecnologías pueden generar objetos físicos a partir de un modelo informático creado en un sistema CAD. Todas estas tecnologías tienen en común un hecho importante, el objeto generado se obtiene añadiendo material, no eliminando. Esto se debe a que están basadas en las “Técnicas de Fabricación por Capas” (Layer Manufacturing Technologies). La capacidad de visualización de los diseños tridimensionales, la disminución del tiempo requerido para producir piezas prototipos, la reducción de costes asociados a la eliminación de rediseños en las primeras fases de diseño, la libertad geométrica, son algunas de las ventajas que ofrecen estos procesos.

 Sin embargo uno de los inconvenientes que presentan los materiales de sinterizado es que el material en polvo no sinterizado durante el proceso se puede reutilizar solamente un número limitado de ciclos, ya que durante la fase de calentamiento en la cámara de sinterizado, dicho material va perdiendo propiedades y se desecha. El material permanece a una temperatura próxima a la de fusión durante un tiempo más o menos prolongado según sea el tamaño de la pieza a construir. Esto hace que se vayan descomponiendo algunas fracciones del polímero y se vayan degradando algunos aditivos. Este material se va mezclando con material virgen en cierta proporción sin embargo tras unos 15-20 ciclos se desecha, con el consiguiente coste económico que ello supone, y la repercusión medioambiental que genera.

Con el fin de obtener un uso más eficiente del material a fin de minimizar su consumo y optimizar la frecuencia de reposición del material virgen se ha desarrollado un método sistemático para determinar la pérdida de propiedades y su potencial de reutilización. Dicha metodología, se basa en la determinación del MFI del material no sinterizado durante el proceso de SLS. Estudios previos realizados afirman que el MFI es método rápido y sencillo para medir el ritmo de degradación del polvo debido al proceso SLS. El índice de fluidez es un indicador muy sensible de los cambios en las propiedades del material. A partir de la diferencia de fluidez antes y después del proceso de SLS se puede sacar conclusiones acerca de la degradación sufrida por el material durante el proceso, un peso promedio menor es debido a la rotura de las cadenas moleculares, lo que implica degradación del material.

En este trabajo se presenta el estudio realizado a la poliamida (PA) para uso en sinterizado selectivo por láser con objeto de determinar la variación del MFI en función de la temperatura de acondicionamiento y tiempo de exposición.

MATERIALES Y MÉTODOS EXPERIMENTALES

 En este estudio se ha utilizado una poliamida 12 en polvo (Innov’PA 1550) suminitrada en  polvo por 3D System. También se ha empleado para el estudio mezcla de 75% PA12 acondicionada con 25% PA12 virgen.

 Acondicionamiento

El material se acondicionó en una estufa “MM MEDCENTER GMBH modelo VENTICELL 55” a diferentes temperaturas, simulando la temperatura a la que se encuentra el polvo no sinterizado durante el proceso en distintas zonas de la cámara: 170 ºC (polvo adyacente o presente en la misma capa de la pieza que se está sinterizando), 160 ºC  (polvo de las capas anteriormente sinterizadas) y 130°C (polvo enfriado a la temperatura de acondicionamiento del pistón). Se han ido evaluando las propiedades de los materiales acondicionados a distintas horas: desde 3 hasta 24 horas.

Índice de Fluidez

Se ha determinado el índice de fluidez de los materiales en polvo acondicionados a diferentes temperaturas en estufa, tanto del material virgen como de las mezclas. Las medidas se han realizado cada 3 horas, suponiendo que cada capa puede estar como máximo este tiempo en construcción, según sea el tamaño de la pieza. Se utilizó un equipo ASTFAAR MODELO TWELVINDEX en unas condiciones de 2.16 kg y a 190°C, no a 230 ºC como indica la norma correspondiente (UNE EN ISO 1133) debido a que ambos materiales presentaban una fluidez elevada y resultaba complicada la medida a mayor temperatura.

RESULTADOS

En la Figura 1 y Figura 2 se incluye la variación del índice de fluidez del polvo de PA12 con el tiempo de calentamiento en la estufa a 130 y 160°C. La PA12 presenta un valor de índice de fluidez de 14.5 g/10 min, el cual decrece tras el acondicionamiento, indicando un aumento del peso molecular y por tanto de la viscosidad del material.

A 130 ºC esta disminución es gradual con el tiempo: de 3 a 9 horas el valor se mantiene sobre 11 g/10 min y a partir de 12 horas va decreciendo paulatinamente hasta 7 g/10 min a 21 y 24 horas.

El polvo calentado a 160 ºC la disminución del valor del MFI es más acusada durante las seis primeras horas, llegando a 5 g/10 min, y a partir de ahí se mantiene más o menos estable (3-4 g/10 min) con el tiempo.

En el caso de la mezcla, el MFI a 130°C y 160°C se mantiene más o menos constante, obteniéndose los menores valores de fluidez para la mezcla acondicionada a 160°C. Esto indica que el porcentaje de material virgen añadido ayuda a mantener las propiedades del material.

Figura 1. MFI de la PA12.

Figura 2. MFI de la mezcla de 25% de PA12 virgen con 75% de PA12 acondicionada.

AGRADECIMIENTOS

El presente proyecto está parcialmente financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, así como por la Unión Europea dentro del Programa Operativo de I+D+i por y para el beneficio de las empresas (FONDO TECNOLÓGICO) del Feder (PSE-020000-2009-1) y por el IMPIVA (IMIDIC/2009/45).