Densidad de PLA y cómo calcular la longitud restante del filamento
El PLA es uno de los filamentos más utilizados para impresoras 3D , junto al ABS.
Las polilactidas, conocidas como PLA para abreviar, se encuentran entre los polímeros sintéticos que se clasifican como poliésteres. Estas numerosas moléculas de ácido láctico unidas químicamente tienen una densidad diferente según el tipo de PLA. Descubre como hacer las mejores impresiones 3d en nuestra web.
La densidad media de PLA es de aproximadamente 1,25 g / cm³. Aquí están las densidades de diferentes tipos de PLA:
- PLA estándar = 1,25 g / cm³
- PLA metálico = 2-4 g / cm³
- PLA de madera = 1,15-1,25 g / cm³
- PLA de carbono = 1,3 g / cm³
- PLA eléctricamente conductor = 1,15 a 1,25 g / cm³
- PLA fluorescente = 1,21 a 1,43 g / cm³
En esta guía de PLA, aprenderás qué se entiende por densidad, qué aspectos de la densidad de PLA y PLA debes considerar y por qué la densidad es tan importante para tus impresiones 3D.
¿Qué es PLA?
Este filamento de plástico se utiliza en impresoras 3D basadas en la tecnología Fused Deposition.
En los últimos años, el proceso de producción de PLA se ha mejorado drásticamente. Recientemente, muchos fabricantes han comenzado a utilizar lactida como materia prima en lugar de ácido láctico. Además, se utiliza el proceso de polimerización por apertura de anillo.
Gracias a estas innovaciones, el PLA no solo es más duradero, sino también más estable desde el punto de vista químico. Además, el PLA, que está hecho de lactida, tiene una densidad bastante alta.
Características típicas de PLA
Ventajas del PLA
Una de las propiedades del PLA es el hecho de que este filamento se puede producir en material vegetal. Los precursores de PLA elaborados a partir de ácido láctico se producen mediante fermentación bacteriana a partir de una fuente de carbohidratos adecuada.
Los carbohidratos ya son naturalmente ricos en azúcar, almidón o productos de desecho como tallos de plantas o cáscaras de cereales. Para que el ácido láctico esté completamente aislado, el proceso de fermentación debe realizarse en condiciones estrictamente controladas.
El hallazgo más significativo es que las polilactidas se encuentran entre los pocos plásticos cuya producción es posible a partir de fuentes sostenibles.
Debido a su composición química única, el ácido láctico débil es ecológico. El PLA se puede biodegradar y, por lo tanto, es una alternativa libre de deudas a los filamentos que se derivan del petróleo y no son biodegradables.
Especialmente en los últimos años, el PLA ha ganado popularidad a medida que más y más personas otorgan importancia a los productos ecológicos.
Debido a su biodegradabilidad y bioactividad, el PLA es muy popular en el campo médico. Tanto los implantes como las suturas de PLA pueden ser absorbidos de forma segura por el cuerpo humano.
Otra ventaja de este material es su excelente resistencia a la radiación UV.
Además, los objetos tridimensionales que fabrica con PLA son retardadores de llama y se queman muy mal.
A diferencia de muchos otros filamentos, el PLA solo puede absorber poca humedad y agua.
El PLA no solo es resistente al impacto y a la tracción, sino que también tiene un fuerte espesor de superficie.
Desventajas de PLA
Una gran desventaja de este filamento es su bajo punto de fusión. Si expones los componentes de PLA a altas temperaturas, como la luz solar directa en verano, tus impresiones pueden deformarse. Este material tampoco es resistente a la acetona y algunos otros productos químicos.
Otra debilidad del PLA es que este material se desgasta rápidamente. La capacidad de carga mecánica no es demasiado alta. Las impresiones tridimensionales hechas de PLA son bastante frágiles. Si bien algunos filamentos 3D son completamente transparentes, el PLA no es completamente transparente.
Si ya has realizado impresiones tridimensionales a partir de PLA, probablemente te habrás dado cuenta de que incluso los detalles más pequeños pueden producir resultados significativos. La densidad de PLA es uno de esos detalles que afectará la impresión exitosa de tu objeto tridimensional.
¿Qué es la densidad?
La densidad es una propiedad física de un objeto que relaciona su volumen con su masa. La densidad de un material depende de varios factores.
Por un lado, la densidad se basa en la temperatura predominante, por otro lado, en las condiciones de presión.
La densidad está determinada por el material del objeto. Es una cantidad intensiva que es independiente de su tamaño y forma.
Dependiendo de la temperatura y la presión, el PLA se contraerá o expandirá. Aunque este efecto es menos pronunciado en materiales sólidos que en materiales flexibles, se pueden observar diferencias de densidad incluso en PLA. Estas diferencias tienen un impacto en el éxito o el fracaso de su objeto 3D.
Para los filamentos, la densidad se expresa en gramos por centímetro cúbico (g / cm³).
La densidad describe las masas de los átomos que componen el material respectivo y también su espaciamiento. En un material homogéneo la densidad es siempre la misma. Normalmente, la densidad cambia no solo con la temperatura sino también en materiales comprimibles como los gases.
La densidad también puede cambiar bajo presión.
La densidad depende de la ubicación y disminuye al aumentar la altitud.
Volumen específico
El término volumen específico se refiere al valor recíproco de densidad. El volumen específico es particularmente importante en la termodinámica de vapores y gases.
Densidad relativa
La densidad relativa es la relación entre la densidad en estado normal y la densidad de una sustancia.
Coeficiente de expansión
El cambio en las condiciones ambientales da como resultado un cambio en la densidad. El llamado coeficiente de expansión no es constante, ya que depende de la temperatura, por ejemplo.
¿Cómo calculo la densidad de PLA?
Si deseas calcular la densidad de PLA, divide el peso por el volumen total del material 3D. Pesar una bobina de filamento es fácil en lugar de calcular el volumen de PLA.
Si deseas calcular el volumen, debe multiplicar el área de la sección transversal del PLA por la longitud total del filamento.
El cálculo de un área de sección transversal consistente es, por supuesto, posible, pero el resultado no es 100 por ciento exacto. La razón de esto es que el diámetro del filamento de PLA puede variar y, por lo tanto, puede aparecer un área de error en toda la longitud del material. Aunque este error no es tan grande, es suficiente para obtener un resultado inexacto.
¿Por qué la densidad de PLA es tan importante en la impresión 3D?
Puedes preguntarte por qué debería calcular la densidad de su filamento de PLA. ¿No sería posible también evitar este cálculo?
El cálculo de la densidad PLA es una parte importante de la impresión tridimensional, que es indispensable. Desafortunadamente, muchos usuarios de impresoras 3D aún desconocen la importancia de la densidad.
Cuando configuras tu cortadora, debes establecer el valor para la densidad de tu filamento. Solo si establece la densidad del material correctamente, puedes realizar un cálculo bastante preciso en términos de uso del material. Conocer el material utilizado no solo es útil, sino también importante y puedes tener una influencia positiva en la calidad de tu impresión.
La mayoría de los programas de corte comunes pueden ofrecerte una estimación aproximada de la cantidad de filamento necesaria para completar tu impresión tridimensional.
Dependiendo del software que utilices, esta estimación se puede dar en términos de longitud o peso del filamento.
Depende de ti proporcionar a tu impresora 3D suficiente PLA para completar su impresión.
¿Cómo obtengo la densidad de un carrete de PLA que ya se ha utilizado?
Si estás utilizando una bobina de PLA existente para tu impresión tridimensional, deberás pesar la bobina. Solo entonces puedes estimar cuánto PLA queda todavía en el carrete de filamento.
Pero no olvides restar el peso de la bobina. Tal vez todavía tengas un carrete vacío en casa, así que pésalo. Luego, resta el peso del carrete que deseas usar para imprimir.
Si usas esta fórmula, encontrarás la cantidad de material que aún tienes disponible. Ten en cuenta que las empresas ya entregan el filamento con un peso estándar. El diámetro es un estándar fijo que se aplica a los filamentos. Por tanto, la longitud es el valor que cambia para todos los filamentos en función de la densidad del material.
Por esta razón, un carrete de ABS de menor densidad es más largo que un carrete de PLA, siempre que ambos materiales tengan el mismo peso y diámetro.
Los filamentos pesados como el PLA son más cortos para el mismo peso y diámetro.
Dado que el PLA tiene una densidad más alta que el ABS, por ejemplo, el mismo objeto hecho de PLA es más pesado.
La cortadora calcula el consumo de filamentos
Una cortadora tiene dos formas de calcular el consumo de filamento. Sin embargo, solo puede verificar el peso de su objeto tridimensional. Si desea tener la longitud, debe configurar todas las variables correctamente.
El software de la cortadora estima el peso
Si el software de su cortadora estima el requerimiento de PLA en términos de peso, esta sería la opción más simple. En este caso, estimar el requisito de PLA es mucho más fácil que si el software de su cortadora indica el requisito de filamento en términos de longitud de PLA.
El software de la cortadora estima la longitud del filamento
En este caso, no puedes desenrollar y medir el hilo de tu filamento. Recuerda que nunca debes desenrollar y medir el filamento de PLA manualmente, ya que contaminaría tu PLA no solo con suciedad sino también con grasa de tu piel. El filamento contaminado afecta negativamente la calidad de tu filamento.
Entonces, si tu programa de corte estima la longitud del filamento, debes conocer la densidad de tu filamento PLA. Esto requiere conocimientos matemáticos básicos para que puedas calcular la longitud aproximada del filamento restante en el carrete de PLA que ya se ha iniciado.
Si deseas utilizar la densidad de PLA para estimar la longitud de tu filamento de PLA restante, debe incluir el diámetro del filamento de PLA en su cálculo.
¡Recuerde que no todos los filamentos de PLA tienen el mismo diámetro!
Si deseas hacer tu impresión tridimensional con PLA que tiene un diámetro de 3.00 milímetros, el área de la sección transversal es mayor que si usas PLA con un diámetro de 1.75 milímetros.
Hemos resumido los valores más importantes para PLA con 1,75 y 3,00 milímetros.
Cálculo de la longitud restante mediante la densidad, la sección transversal y el peso de PLA
Densidad media de PLA = 1,25 g / cm³
Área de la sección transversal de 1,75 mm PLA = 0,024 cm²
Área de la sección transversal de 3.00 mm PLA = 0.071 cm²
Por ejemplo, supongamos que deseas utilizar un carrete de filamento PLA que has utilizado para impresiones anteriores. Imagínate que este carrete ya puesto en marcha pesa 350 gramos y que se enrolla un filamento de PLA de 1,75 milímetros de diámetro.
Para estimar la longitud del filamento de PLA restante, ahora debes dividir el peso entre la densidad y el área de la sección transversal.
Por lo tanto, puedes calcular la longitud del carrete dividiendo los 350 g por 1,25 g por centímetro cúbico. El valor del cociente, resultado de esta división, se divide por 0,024 centímetros cúbicos.
Si haces estas dos divisiones, obtendrás 11667 cm y sabrás cuánto mide el hilo de PLA en el carrete.
Este método de cálculo es útil para que pueda estimar si tiene suficiente filamento de PLA en el carrete para su objeto tridimensional.
¿Es este cálculo 100 por ciento exacto?
Incluso si realizas este cálculo, el resultado no es 100 por ciento exacto. Calcular el área de la sección transversal de PLA utilizando el diámetro de PLA es más una estimación. La razón de esto es que el diámetro del filamento no es constante en toda su longitud. Las desviaciones son pequeñas y el área de error se puede mantener pequeña.
Sin embargo, siempre debe tener en cuenta que se trata de una estimación.
Para estar seguro, debe calcular con +/- 10 a 20%.
¿Por qué es útil la adición de PLA?
Si el software de tu cortadora calcula un requisito de filamento de 12,5 metros de PLA para la construcción, debes permitir medio metro adicional más o menos. Asegúrate de que haya al menos medio metro más en el carrete, de modo que todavía haya 13 metros de PLA disponibles.
Para trabajos de impresión tridimensionales más grandes, debes planificar varios metros adicionales de PLA para estar seguro.
Esta adición puede compensar las pequeñas desviaciones y evitar que el hilo de PLA se agote justo antes del final del proceso de impresión.
Con una adición adecuada, puedes compensar el pequeño error de cálculo que no se puede evitar porque la rosca PLA no tiene el mismo grosor en todas partes.
¿Existe alguna alternativa para calcular la densidad?
Mientras tanto, no siempre tienes que calcular la densidad de PLA tu mismo, ya que la mayoría de los fabricantes de filamentos ya proporcionan datos de densidad. Por ejemplo, puedes consultar la hoja de especificaciones de tu filamento PLA para ver qué densidad tiene su material.
Si el fabricante no especifica la densidad, puedes averiguar el valor de densidad en línea. Simplemente ingrese el nombre exacto de tu filamento PLA y la densidad del término de búsqueda. Seguro que encontrarás rápidamente la información necesaria.
La gran comunidad 3D es otro punto de contacto. Están felices de responder las preguntas de personas con ideas afines y ayudar con cualquier problema.
¿Se puede realizar este cálculo también para otros filamentos?
Sí, el cálculo de la densidad es posible para todos los tipos de filamentos. Si calcula la densidad de otros materiales, notarás que la densidad de PLA es mayor que la de HIPS y ABS. Esto significa que los materiales HIPS y ABS son más largos que el PLA. Si aplicamos el ejemplo de cálculo anterior a ABS, el filamento de ABS tendría unos 14 metros de largo, porque la densidad de este filamento es menor que la del PLA.
A diferencia del PLA, los filamentos compuestos tienen una densidad más alta. Los filamentos compuestos se producen mediante la infusión de materiales sólidos en la matriz de PLA.
El policarbonato tiene una densidad de 1,30 g / cm³. La densidad del filamento de acero inoxidable es particularmente alta, con una densidad de 2,70 g / cm³.
PLA mezclado
Cuando elige PLA mezclado, elige el mismo termoplástico que el PLA, pero con la adición de fibras o partículas de otro material como la madera o metal.
Si el PLA se mezcla con otros materiales, la densidad cambiará.
Los filamentos PLA mixtos son muy populares porque parecen materiales reales. Cuando imprimes con PLA de madera, estas impresiones se ven como madera. Sin embargo, ten en cuenta que las propiedades mecánicas son muy diferentes a las de la madera o el metal, por ejemplo.
Ahora nos gustaría presentar algunos filamentos compuestos y brindarle una descripción general de sus densidades típicas.
PLA relleno de metal
El principal punto de venta del PLA relleno de metal es su superficie brillante. A este filamento compuesto se le añade polvo fino de metal, que tiene un hermoso brillo después del pulido.
Tienes la opción de PLA con bronce, latón, cobre o acero inoxidable agregado. Alternativamente, las mezclas de estos metales también están disponibles como filamento compuesto de PLA.
De todos los compuestos de PLA, el PLA relleno de metal tiene la densidad más alta. Esto significa que este filamento tiene un peso mayor al mismo volumen que el PLA convencional. El PLA relleno de metal tiene una densidad de 2-4 g / cm³.
Si decides utilizar un PLA relleno de metal, no debes ignorar este aspecto. Debido al peso adicional, la presión de puentes y voladizos extremos puede resultar difícil. Pueden romperse hacia abajo. Para evitar esto, puede instalar soportes.
PLA relleno de madera
Si desea dar a sus impresiones un aspecto de madera natural, PLA relleno de madera es una buena elección. Se agrega polvo de madera a este filamento a base de PLA.
Por lo general, este filamento consta de un 70 por ciento de PLA y un 30 por ciento de polvo de madera. La proporción de mezcla difiere de una marca a otra y, por lo tanto, vale la pena compararla.
Mientras tanto, el PLA relleno de madera también está en el mercado, con el que puedes dar a tus impresiones el aspecto de anillos anuales. A diferencia de los proveedores competidores de PLA relleno de madera, la marca austriaca extrudr impresiona con los tipos de filamentos sostenibles. PLA relleno de madera de extrudr se produce exclusivamente a partir de materias primas renovables, que son directamente biodegradables y, por tanto, respetuosas con el medio ambiente.
Como principiante, debes abstenerte de imprimir con filamento de madera, porque el procesamiento requiere experiencia en impresión 3D. El PLA relleno de madera provoca bloqueos más rápidamente. Otra desventaja del filamento de madera es que debe ajustar la configuración de temperatura de impresión.
A diferencia del polvo metálico, el polvo fino de madera tiene un peso menor y, por lo tanto, una densidad más baja que el polvo metálico que contiene PLA.
La densidad del PLA con partículas de madera es solo un poco más alta que la del PLA estándar. La densidad del filamento de madera está entre 1,15 y 1,25 g / cm³. Como la proporción de mezcla varía de un proveedor a otro, la densidad también varía.
PLA relleno de fibras de carbono
CFRP, es decir, plástico reforzado con fibra de carbono, es el filamento ideal para componentes extremadamente resistentes y ligeros. A este filamento de impresión 3D se le añaden fibras de carbono cortadas. Se trata de pequeñas piezas de fibra de carbono que se encuentran dispersas en el material tradicional PLA.
Puede utilizar PLA relleno de fibra de carbono para imprimir objetos extra resistentes con poco peso. Este material también es adecuado para la impresión tridimensional de dispositivos electrónicos, piezas y componentes para automóviles.
El PLA, que está enriquecido con fibras de carbono, se caracteriza por una mayor rigidez y resistencia. En términos de resistencia, este filamento puede superar a la mayoría de los materiales. Este filamento se caracteriza por una baja tendencia a la fluencia y una buena amortiguación de vibraciones. Cuando eliges carbón PLA como material para tus impresiones 3D, eliges un filamento porque es resistente a solventes orgánicos, álcalis y ácidos. Otra ventaja es que este material prácticamente no absorbe agua y, por tanto, es ideal para uso en exteriores.
Además, el PLA infundido con fibras de carbono es más ligero y su densidad es de 1,3 g / cm³ de media.
PLA eléctricamente conductor
El PLA, al que se añaden partículas de carbono eléctricamente conductoras, es adecuado para imprimir placas de circuito con LED y para imprimir sensores. También puede hacer controladores de juegos, trackpads y teclados digitales a partir de PLA eléctricamente conductor usando tu impresora 3D.
La densidad del PLA conductor de electricidad varía y es, en promedio, de 1,15 a 1,25 g / cm³.
PLA fluorescente
Filamento de impresora 3D que brilla en la oscuridad es una mezcla de PLA y materiales fluorescentes. Este material es capaz de absorber diminutas partículas de luz, que luego se emiten. Por lo tanto, estas impresiones no brillarán hasta que las cargues en una fuente de luz. Antes de que el PLA fluorescente pueda emitir luz, la luz debe almacenarse.
La densidad del PLA fluorescente está entre 1.210 y 1.430 g / cm³.
Conclusión
La densidad de los filamentos a menudo se descuida, aunque es importante para la impresión. El cálculo de la densidad es básico, por lo que sabe cuántos metros de PLA hay en su carrete de filamento. Solo si sabes cuánto tiempo tiene tu material, puedes estimar si es suficiente para construir tu objeto 3D.
Si calculas la densidad, solo obtendrás una estimación y, por lo tanto, debes agregar al menos medio metro para proyectos pequeños y varios metros para impresiones más grandes. Solo si planificas esta adición, tendrás suficiente y podrás asegurarte de que tu hilo PLA sea suficiente para tu proyecto de impresión.
Pesar el carrete de filamento por sí solo no es suficiente. Conocer la longitud restante de su filamento PLA es especialmente importante si el software de tu cortadora estima los requisitos del filamento en términos de longitud.