La resistencia al fuego no puede juzgarse únicamente por los parámetros del material. Se ve afectado por el diseño de la pieza, el proceso de impresión, el espesor de la pared y el entorno de uso. Esta guía explicará los puntos clave en los que centrarse a la hora de elegir materiales de impresión 3D resistentes al fuego para piezas industriales. Le ayudará a elegir el material adecuado.
Los proveedores suelen confundir las palabras ignífugo, retardante de llama, autoextinguible y baja inflamabilidad. Pero no significan lo mismo. Antes de comparar materiales, primero aclaremos qué significa cada término para las piezas impresas.
Estos términos sólo describen tendencias. No son garantías. Cuando un proveedor dice que un material es resistente al fuego, no significa que su pieza definitivamente será segura en sus condiciones de trabajo específicas. El espesor de la pared, los aditivos de color del masterbatch y la orientación de la impresión pueden afectar los resultados de las pruebas de llama. Antes de finalizar un material, verifique la declaración del material junto con los estándares de prueba requeridos y el entorno de uso real de la pieza.
Al elegir materiales resistentes al fuego, primero comprenda el entorno de trabajo real de la pieza. Los siguientes cinco factores determinan si una pieza impresa puede funcionar de forma segura en el sitio.
La clasificación de retardante de llama es el primer requisito. Antes de comparar materiales, aclare los estándares que debe cumplir la pieza, como la clasificación UL94 o los requisitos de ingeniería internos.
El espesor de la pared también es importante. Cuando la sección transversal es delgada, el mismo material puede no pasar la prueba de retardación de llama.
Considere también si la pieza está cerca de una fuente de calor continua o intermitente y si está instalada en un espacio cerrado donde el calor y el humo son difíciles de expulsar.
Estos factores juntos determinan si la pieza puede pasar la certificación. La reputación de un proveedor de materiales en cuanto a resistencia al fuego no puede reemplazar su propio criterio para condiciones de trabajo específicas.
La temperatura de trabajo y el retardo de llama miden dos cosas diferentes. Al evaluar materiales, es necesario comprobar cuatro puntos de datos por separado:
Un material con buena resistencia al calor no necesariamente tiene un buen rendimiento retardante de llama. La temperatura de trabajo y el rendimiento retardante de llama no están directamente relacionados. Debe considerar ambos al seleccionar materiales.
Las piezas ignífugas también deben cumplir funciones mecánicas. Cuando se utilicen como piezas estructurales o piezas portantes, céntrese en estos puntos:
Estas propiedades son especialmente importantes para soportes, carcasas, soportes y otras piezas estructurales. Una vez que fallan, conllevan riesgos de seguridad y costosos tiempos de inactividad.
Las piezas retardantes de llama suelen instalarse dentro o alrededor de los sistemas eléctricos. Los ejemplos incluyen gabinetes eléctricos, piezas de gestión de cables, piezas de aislamiento y carcasas de conectores. El rendimiento retardante de llama es sólo un aspecto. También requieren atención las siguientes propiedades eléctricas:
Incluso si una pieza cumple con la clasificación de retardante de llama, aún puede fallar después de meses en un ambiente húmedo porque sus propiedades eléctricas se degradan. Este riesgo no se puede detectar mediante pruebas de retardo de llama.
Las piezas industriales rara vez funcionan en condiciones de trabajo limpias y constantes. Las diferentes posiciones de montaje los exponen a diferentes sustancias, que pueden incluir:
Con el tiempo, la exposición ambiental puede debilitar los aditivos retardantes de llama o cambiar las características de combustión del material. Al seleccionar materiales, se debe evaluar el rendimiento retardante de llama junto con la exposición ambiental.
A continuación, comparamos varios materiales resistentes al fuego comúnmente utilizados en la impresión 3D industrial a partir de sus respectivas aplicaciones, deficiencias y tipos de piezas adecuadas.
Adecuado para: cerramientos industriales, cubiertas, chasis y prototipos funcionales.
El ABS ignífugo es uno de los materiales resistentes al fuego más utilizados en la impresión 3D industrial. Es fácil de procesar en impresoras FDM estándar. Tiene buena resistencia al impacto. El costo de producción por lotes es controlable.
Pero antes de usarlo en situaciones más exigentes, es necesario evaluar su rendimiento bajo altas temperaturas a largo plazo. La calidad de la superficie y la precisión dimensional se ven muy afectadas por la configuración de la impresora y el control del proceso. Las piezas terminadas de diferentes proveedores pueden variar.
Adecuado para: armarios eléctricos, piezas de automoción y equipos industriales.
El policarbonato retardante de llama es claramente mejor que el ABS en cuanto a resistencia al calor, dureza y estabilidad dimensional. Se adapta a piezas portantes con estrictos requisitos de tolerancia. Si su aplicación necesita retardo de llama, tenacidad y resistencia al calor al mismo tiempo, el PC retardante de llama es una opción adecuada.
Adecuado para: cerramientos industriales, interiores de automóviles, cubiertas de equipos y prototipos funcionales.
El PC-ABS retardante de llama combina la procesabilidad del ABS con la fuerza y resistencia al calor del PC. Su rendimiento está bien equilibrado. No destaca en ningún área, pero maneja fuerza, resistencia al calor y dureza, todo a la vez.
Para los compradores que necesitan gestionar el abastecimiento de varias piezas, este material equilibrado es más práctico. Un material puede satisfacer varias necesidades al mismo tiempo. Esto simplifica las compras, el inventario y la certificación de proveedores.
Adecuado para: estructuras geométricas complejas, piezas resistentes al desgaste y piezas funcionales ligeras.
El nailon retardante de llama tiene una alta resistencia mecánica y buena resistencia al desgaste. Se adapta a piezas con geometría compleja. La impresión SLS o MJF hace que la ventaja sea más obvia. Para ello son muy adecuados los engranajes, los ajustes rápidos y las piezas móviles que implican movimientos repetidos o desgaste por contacto.
La cuestión de la absorción de humedad del nailon debe considerarse de antemano. Las piezas absorberán la humedad ambiental. En condiciones de humedad, afecta la estabilidad dimensional y el rendimiento eléctrico. El almacenamiento adecuado y el embalaje con barrera contra la humedad, si es necesario, básicamente pueden resolverlo.
Adecuado para: piezas relacionadas con la industria aeroespacial, equipos industriales avanzados y componentes eléctricos exigentes.
Cuando los plásticos de ingeniería estándar no pueden cumplir los requisitos, entran en juego materiales como PEI (Ultem, polieterimida), PPS (sulfuro de polifenileno) y PEEK (poliéter éter cetona). Pueden cumplir requisitos de resistencia a temperaturas más altas y estándares de seguridad contra incendios más estrictos. Son comunes en hardware eléctrico avanzado y aeroespacial.
A medida que mejora el rendimiento, también aumentan el costo de los materiales, los requisitos de procesamiento y la dificultad del control de la producción. Antes de elegir estos materiales, confirme que la aplicación realmente necesita un rendimiento tan alto. La diferencia de coste entre ellos y los plásticos de ingeniería estándar es muy grande.
FDM (también conocido como FFF) puede imprimir ABS, PC, PC-ABS y varios nailon retardantes de llama. Puede manejar tanto piezas individuales como producción de lotes pequeños. FDM es adecuado para:
La orientación y los parámetros de impresión afectan directamente el rendimiento de la pieza, incluido el rendimiento retardante de llama y la resistencia mecánica. Incluso con el mismo material, los cambios en el espesor de la pared, la tasa de relleno o la orientación de la capa producirán resultados de prueba diferentes.
SLS y MJF no necesitan estructuras de soporte. Son adecuados para imprimir geometrías complejas. A menudo se utilizan para:
El rendimiento de una hoja de datos de material no puede equipararse directamente al rendimiento de la pieza impresa final. La manipulación del polvo, la orientación de las piezas en la cámara de construcción y el posprocesamiento afectan las propiedades mecánicas y retardantes de llama de las piezas SLS o MJF.
Material | Rendimiento de llama | Resistencia al calor | Resistencia mecánica | Costo relativo |
ABS FR | Bien | Moderado | Moderado | Bajo |
FR PC | Muy bien | Alto | Alto | Medio |
PC-ABS FR | Bien | Moderado a alto | Alto | Medio |
Nailon franco | Bien | Moderado a alto | muy alto | Medio |
PEI (Ultem) | Excelente | muy alto | Alto | Alto |
PPP | Excelente | muy alto | Alto | Alto |
OJEADA | Excelente | Extremadamente alto | muy alto | muy alto |
El ABS retardante de llama y el PC-ABS retardante de llama tienen un precio razonable. Se adaptan a proyectos industriales de gran volumen y proporcionan una resistencia al fuego fiable. Ambos materiales se pueden procesar de manera eficiente en equipos FDM, con un costo por pieza controlable.
Los PC retardantes de llama y los plásticos de ingeniería de alto rendimiento son más adecuados. Pueden mantener la resistencia y la forma a temperaturas más altas que el ABS retardante de llama estándar.
El nailon retardante de llama impreso con MJF o SLS tiene alta resistencia y peso ligero. Ambos procesos no necesitan apoyos. Permiten una mayor libertad de diseño. Se adaptan a soportes, carcasas y piezas móviles complejos.
Los materiales PEI, PPS y PEEK pueden soportar condiciones que los plásticos de ingeniería estándar no pueden soportar, como altas temperaturas continuas y estrictas especificaciones aeroespaciales. La contrapartida es un mayor costo de material y un mayor tiempo de entrega. Al elegir el material final, sopese la exposición al calor, la carga mecánica y el presupuesto en conjunto.
Impresión 3D resistente al fuego versus fabricación tradicional
Factor | Impresión 3D resistente al fuego | Fabricación Tradicional |
Inversión en herramientas | Ninguno o mínimo | A menudo es importante, especialmente para el moldeo por inyección. |
Plazo de entrega | Días a un par de semanas. | Semanas a meses, herramientas incluidas. |
Flexibilidad de diseño | Alto, incluida la geometría compleja | Limitado por el diseño del molde o de las herramientas. |
Cantidad mínima de pedido | Bajo, adecuado para lotes pequeños | Alto, necesario para justificar el costo de las herramientas. |
Al fabricar piezas en pequeñas cantidades para piezas industriales, el uso de la impresión 3D retardante de llama puede reducir la inversión en moldes y acortar los ciclos de desarrollo. Aunque la impresión 3D no sustituirá al moldeo por inyección o al mecanizado en la producción de grandes cantidades, aún puede ser una alternativa viable si fabricar moldes no es rentable.
Xunjiu tiene más de diez años de experiencia en impresión 3D y admite procesos FDM, SLS y MJF para la fabricación de piezas impresas en 3D ignífugas. Los materiales disponibles incluyen ABS ignífugo, PC ignífugo, PC-ABS, nailon ignífugo, así como materiales de alto rendimiento como PEI, PPS y PEEK.
Cooperamos con usted durante todo el proceso, desde la selección de materiales, el diseño de piezas, la impresión hasta la inspección de calidad. Ya sea que necesite un prototipo funcional o una producción a pequeña escala, lo ayudamos a seleccionar los materiales adecuados, verificar el diseño y entregar piezas que cumplan con los requisitos de rendimiento y seguridad contra incendios. No dude en contactarnos en cualquier momento para discutir su proyecto.
1. ¿ Los materiales de impresión 3D resistentes al fuego son los mismos que los materiales retardantes de llama comunes?
No es exactamente lo mismo. Es posible que a los materiales retardantes de llama comunes simplemente se les agreguen retardantes de llama para ralentizar la combustión. Pero los materiales de impresión 3D resistentes al fuego que se mencionan comúnmente en aplicaciones industriales generalmente deben cumplir con una clasificación clara como UL94 V-0. Deben autoextinguirse rápidamente después de retirar la llama. También tienen límites de humo y goteo. Algunos materiales están etiquetados como "retardantes de llama", pero el espesor y la clasificación reales de la prueba no están claros. Su uso para piezas industriales conlleva un riesgo considerable.
2. ¿Qué temperatura pueden soportar los materiales de impresión 3D resistentes al fuego?
Depende del tipo específico. El ABS retardante de llama y el PETG retardante de llama generalmente tienen una temperatura de deflexión del calor de alrededor de 80 a 110 °C. El PC retardante de llama y el nailon reforzado con fibra de vidrio pueden alcanzar entre 120 y 150 °C. Los retardantes de llama PEI y PEEK de gama alta pueden superar los 200 °C. Sin embargo, la resistencia a la temperatura real de una pieza también se ve afectada por la calidad de impresión. Se recomienda recocer la pieza después de la impresión para reducir la tensión interna y hacer que la resistencia a la temperatura sea más estable.
3. ¿Cuánto más caros son los materiales de impresión 3D resistentes al fuego que los materiales ordinarios?
El precio suele ser entre un 30% y dos o tres veces mayor que el del PLA y el ABS normales, dependiendo del grado del material. Pero en el caso de las piezas industriales, hay que tener en cuenta el coste total. Un costo de material ligeramente mayor a menudo ahorra más en tarifas de moldes, tiempo de creación de prototipos y riesgo de inventario. Especialmente para necesidades personalizadas y de lotes pequeños, imprimir la pieza final directamente es en realidad más rentable.
4、、 Cuando se utilizan materiales de impresión 3D resistentes al fuego, ¿cómo se deben manejar las estructuras de soporte? ¿Los soportes ordinarios afectarán el retardo de llama?
Sí, pueden tener un efecto. Si el material de soporte no es retardante de llama y permanece en la pieza, la pieza puede comenzar a quemarse desde el área de soporte durante una prueba de llama. Para piezas industriales, debe utilizar soportes solubles o limpiarlos completamente antes de probarlos o usarlos. Intente utilizar menos soportes en el diseño. Por ejemplo, agregue chaflanes de 45 grados y estructuras autoportantes. No permita que residuos de soporte permanezcan en áreas críticas de retardantes de llama.
5. ¿Existen muchas opciones de color para los materiales de impresión 3D ignífugos? ¿La coloración afectará el retardo de llama?
No hay muchas opciones de color. Los más comunes son el negro, el color natural y el gris oscuro. Agregar colorantes para colorear implica riesgos. Las partículas colorantes pueden afectar la distribución del retardante de llama, lo que podría provocar una disminución del grado del retardante de llama.
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