Elegir un material de prototipos: 6 propiedades mecánicas a considerar

Los plásticos son materiales complejos, y encontrar el correcto para su aplicación específica requiere equilibrar atributos múltiples. A medida que la tecnología, como la asequible impresión 3D de escritorio, brinda a los ingenieros más experiencia práctica con una variedad de polímeros, es importante un conocimiento básico de las propiedades mecánicas para poder elegir el material de prototipos adecuado para un trabajo determinado.

En esta publicación, analizaremos las seis propiedades mecánicas más esenciales que debe considerar al elegir entre los materiales, y en particular, al decidir qué resina de ingeniería de Formlabs es la más adecuada para su proyecto.

Módulo elástico: ¿Qué tan rígido es?

El módulo elástico es la resistencia de un material a la deformación elástica bajo tensión.

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El módulo de flexión, es la medida más relevante para los plásticos, es una medida de la rigidez o tendencia a la flexión de un material. Un material muy rígido requiere más fuerza para deformarse en comparación con un material blando. Un alto módulo de flexión indica un material más rígido, como un diamante, mientras que un módulo de flexión baja indica un material elástico, como una banda de goma.

El módulo de flexión y el módulo de tracción (o el módulo de Young) están estrechamente relacionados y, en general, no difieren en gran medida. El módulo de corte describe la respuesta de un material al esfuerzo cortante, por ejemplo, cortándolo con tijeras sin filo.

Para obtener el módulo de flexión más alto entre los materiales de Formlabs, elija Resina rígida. Otros materiales con alta rigidez incluyen Standard Resin y Gray Pro Resin. Resina dura tiene un módulo relativamente bajo en comparación con otras resinas Formlabs.

Elongación: ¿Se doblará y se estirará?

Elongación es la resistencia de un material a romperse cuando se estira.elongation

Elongación te dice cuánto puede estirar un material sin romperse o formar grietas. Los materiales rígidos, tales como los plásticos duros y quebradizos, típicamente presentan un bajo alargamiento a la rotura, mientras que algunos materiales blandos y elásticos pueden estirar varias veces su propia longitud antes de romperse. El alto alargamiento es una parte importante del embalaje que debe doblarse, por ejemplo, un tubo de pasta de dientes.

Los materiales dúctiles, por ejemplo, la mayoría de los cauchos, tienen un alto alargamiento, mientras que los materiales frágiles como los vidrios y las cerámicas tienden a tener un alargamiento muy bajo porque no se deforman plásticamente.

Para la elongación más alta entre los materiales de Formlabs, elija Resina duradera o Resina resistente.

Resistencia al impacto: ¿puede absorber el impacto?

La resistencia al impacto es la capacidad de un material para absorber impactos e impactar la energía sin romperse.

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La resistencia al impacto, a veces denominada resistencia, se refiere a la capacidad de un material para responder a impactos repentinos. Un material con alta dureza, como policarbonato o nylon, puede absorber energía y deformarse plásticamente antes de que se fracture. En términos más simples, un material con alta resistencia al impacto se puede dejar caer en el suelo sin romperse.

“Resistencia” o resistencia al impacto no es sinónimo de rigidez. Los materiales más dóciles pueden tener una alta calificación cuando se trata de absorber golpes repentinos.

Para obtener la mayor resistencia al impacto entre los materiales de Formlabs, elija Resina duradera. Otros materiales con alta resistencia al impacto incluyen Resina Tough Resin y Gray Pro.

Resistencia a la tracción: ¿se romperá bajo la tensión?

La resistencia a la tracción es la resistencia de un material a romperse bajo tensión.

tensile-strengthUn material con una alta resistencia a la tracción resiste la rotura bajo tensión o se separa. La máxima resistencia a la tracción indica la tensión máxima que un material puede soportar al estirarse o estirarse antes de romperse. Los materiales con alta resistencia a la tracción incluyen carbono, vidrio y acero.

Una vez que se alcanza esta tensión máxima, los materiales quebradizos se rompen muy bruscamente, sin deformación plástica, mientras que los materiales más dúctiles experimentan alguna deformación plástica antes de la fractura.

Hoy en día, la impresión 3D ha progresado de tal manera que es capaz de ofrecer resistencia a la tracción comparable a los plásticos tradicionales moldeados por inyección como el polipropileno y el ABS.

Para obtener la mayor resistencia a la tracción entre los materiales de Formlabs, elija Resina rígida. Otros materiales con alta resistencia a la tracción incluyen resina estándar, resina gris Pro y resina resistente.

Temperatura de deflexión térmica: ¿Tolera el calor?

La temperatura de deflexión del calor (HDT) es la temperatura a la cual un material se deforma bajo una carga especificada.

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La temperatura de deflexión térmica (HDT) indica si un material es adecuado para aplicaciones de alta temperatura, y se expresa como la temperatura (medida en ° C) a la que una muestra se deforma bajo una carga especificada (medida en MPa).

Es deseable una alta HDT para envolventes y soportes para elementos de calefacción, así como también componentes que entran en contacto con líquidos o gases calientes, como herramientas para moldes de inyección, conectores fluídicos, válvulas y boquillas.

Para la temperatura de deflexión de calor más alta (HDT) entre los materiales de Formlabs, elija Resina de alta temperatura. Otros materiales con alta HDT incluyen Resina Rígida.

Deslizamiento: ¿se deformara bajo el estrés a largo plazo?

El deslizamiento es la tendencia de un material a moverse lentamente o deformarse permanentemente bajo esfuerzos mecánicos.

La fluencia es la tendencia de un material a deformarse lentamente durante un largo período de tiempo bajo estrés. Un material con alta fluencia es más probable que se deforme que un material con baja fluencia. Creep difiere de otras propiedades del material en que se mide durante un período de tiempo más largo. Creep depende del tiempo, el estrés y la temperatura.

Elegir un material con baja fluencia es importante para piezas que necesitan soportar altas tensiones o temperaturas y mantener su forma con el tiempo, por ejemplo, para piezas que soportarán peso o partes que necesitan realizar una función repetida, como una hoja de turbina.

Para obtener la fluencia más baja entre los materiales de Formlabs, elija Resina rígida o Resina gris Pro.

Un enfoque multifacético en nuestro material de prototipos

En la realidad práctica, los diseñadores de piezas de plástico a menudo no se encuentran optimizando piezas para una sola propiedad; en su lugar, toman decisiones que equilibran múltiples propiedades a la vez, en función de la experiencia, las simulaciones por computadora y otros puntos de referencia.

Puede desarrollar su conocimiento de diferentes materiales y para qué sirven refiriéndose a guías como esta, pero la experiencia práctica es igual de importante. Pruebe diferentes materiales y vea cómo funcionan. Mire en qué materiales están hechos los objetos cotidianos que usa y considere las propiedades mecánicas de esos materiales. ¿Qué propiedades son estas partes teniendo en cuenta la forma en que se utilizarán?

Algunos ejemplos prácticos que utilizan las resinas de ingeniería de Formlabs:

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Los envases de consumo para artículos como limpiadores domésticos o champú deben tener un alargamiento lo suficientemente alto como para doblarse en las manos de un usuario y volver a su forma original, equilibrado con suficiente resistencia al impacto para sobrevivir al caerse. Para este prototipo, elegimos resina duradera.

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El alto módulo de flexión de Formlabs Gray Pro Resin y su bajo deslizamiento lo convierten en un excelente material para la creación de prototipos de este soporte para monitor de computadora.

Un soporte (por ejemplo, en un soporte para un monitor de computadora) requiere un alto módulo de flexión o rigidez. También es importante elegir un material con baja fluencia para que la pieza continúe haciendo su trabajo con el tiempo sin deformarse lentamente. Para estos requisitos, Gray Pro Resin es una gran opción.

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La resina rígida Formlabs ofrece alto módulo, alta resistencia al impacto, alta temperatura de deflexión térmica y baja fluencia, por lo que las características delgadas de este ventilador podrán resistir el desgaste repetido con el tiempo.

Un ventilador requiere características delgadas y fuertes. El alto módulo de la Resina Rígida no solo significa que las piezas se mantendrán firmes después de la impresión: un alto módulo verde o módulo antes del post-curado, significa que es posible imprimir piezas muy delgadas con precisión y una menor probabilidad de falla. La alta resistencia al impacto, la alta temperatura de deflexión térmica y la baja fluencia hacen que este prototipo resista los elementos con el tiempo.

Resumen sobre materiales

Como bien vimos, todos los materiales para hacer nuestros prototipos tienen sus ventajas, dependiendo de sus propiedades. El lograr el uso donde tengan propiedades combinadas permite obtener quizas un producto que permite distinto tipos de resistencias.

Siempre se analiza la impresora por su variedad, y claramente el material que se use es determinante a la hora de la creación. Por eso siempre es bueno analizar cual es el principal objetivo de nuestro uso para cada producto, para elegir correctamente el material y garantizar el éxito de las pruebas.  

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