Impresión 3D de plásticos claros, translúcidos y transparentes

Las piezas impresas en 3D claras, translúcidas y transparentes son útiles para una amplia gama de aplicaciones. Estas piezas con diferentes grados de claridad se imprimen predominantemente con uno o más de los siguientes fines: visibilidad para ver lo que hay en su interior, capacidad para permitir que la luz pase a través de ellas y razones estéticas.

La capacidad de ver a través de una pieza de plástico transparente impresa en 3D depende del material utilizado. Antes de especificar los materiales de impresión 3D o de seleccionar los procesos de impresión, es fundamental comprender la diferencia entre las piezas de plástico con transparencia o las clasificaciones de claridad, como transparente, translúcido o claro. También es importante entender cómo la refracción, la reflexión especular, la reflexión difusa y la absorción alteran la transparencia de un objeto.

• La reflexión especular (también conocida como reflexión) se produce cuando casi todos los rayos de luz que inciden en una superficie rebotan en la misma en una sola dirección, es decir, en los espejos.
• La reflexión difusa se produce cuando casi todos los rayos de luz que inciden en una superficie rebotan en una multitud de direcciones, por ejemplo, las superficies pintadas no brillantes.
• La absorción se refiere a un fenómeno por el cual casi toda la luz que incide en una superficie es absorbida por el propio material, por ejemplo, las pizarras negras.
• La refracción se produce cuando la luz se transmite a través de un material, por ejemplo, el vidrio o el agua.

Los objetos transparentes tienden a refractar la luz o a permitir que la luz pase predominantemente a través de ellos, en lugar de que la luz rebote en la superficie. La luz viaja a través de diferentes materiales a diferentes velocidades. La velocidad a la que viaja a través de un material, o el índice de refracción, es un indicador de la transparencia del material.  Más concretamente, el índice de refracción es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en un medio. Como se desprende de los datos de la siguiente tabla, cuanto mayor es el índice de refracción, menos transparente es un material:

• Aire: 1,0003
• Policarbonato 1.052
• Agua: 1,33
• Ácido poliláctico (PLA): 1,450
• Acrílico: 1.489
• Tereftalato de polietileno (PET): 1.549
• Cuarzo: 1.533-1.544
• Sal de roca: 1,544
• Aluminio: 1,667
• Diamante: 2,417

De la tabla anterior se desprende que algunos materiales de impresión 3D comunes no son óptimos si se desea realizar una impresión 3D clara, debido a sus índices de refracción relativamente más altos.

Piezas transparentes impresas en 3D

Una pieza transparente impresa en 3D está teñida de un color determinado, por lo que no es totalmente transparente. Las piezas transparentes impresas en 3D son relativamente transparentes, pero normalmente no están pulidas hasta un acabado que permita que toda la luz pase a través de ellas. Por lo general, tendrá un índice de refracción más alto que una pieza transparente o translúcida impresa en 3D. Los métodos de posprocesamiento, como el recubrimiento por pulverización, el pulido y la inmersión en resina, pueden ayudar a conseguir un mayor nivel de transparencia en las piezas transparentes impresas en 3D. A veces, como se hace en este artículo, las piezas transparentes impresas en 3D se utilizan para referirse a las piezas tintadas o no tintadas.

Piezas impresas en 3D translúcidas

Las piezas impresas en 3D translúcidas son relativamente claras, lo que significa que algo de luz pasará a través de ellas. La impresión 3D translúcida da como resultado un patrón de luz a través del material con una cantidad significativa de difusión o distorsión. Más concretamente, si se coloca un papel impreso con texto en un lado de una pieza impresa en 3D translúcida y se lee desde el otro lado de la pieza, el texto no será legible porque será borroso o poco claro. Esto se debe a que la luz cambia de dirección muchas veces dentro del material, algunas reflejando y otras refractando. Por ello, los materiales translúcidos tienen un índice de refracción relativamente alto. Algunos ejemplos de materiales translúcidos son los cristales tintados de los coches, el papel de cera, el aceite vegetal, las vidrieras y las puertas de cristal esmerilado de las duchas.

Piezas transparentes impresas en 3D

Las piezas transparentes impresas en 3D tienen un alto nivel de paso de la luz a través de ellas, mediante el fenómeno conocido como refracción. Por lo tanto, los materiales transparentes suelen tener un bajo índice de refracción (la luz pasa a través de ellos a una velocidad similar a la que la luz atraviesa el vacío). También es importante tener en cuenta que algunos materiales con un índice de refracción más alto pueden tener también una baja reflectividad, lo que da lugar a un mayor nivel de transparencia que otros materiales con el mismo índice de refracción. Normalmente, los materiales con un mayor índice de refracción tienen un mayor grado de reflectividad y un menor porcentaje de transparencia. La siguiente ecuación proporciona un cálculo del porcentaje de transparencia frente al índice de refracción:

T=1-2*(n-1)²(n+1)²

Donde: T=porcentaje de transparencia

N=índice de refracción

NOTA: como referencia, el valor entre paréntesis es la reflectividad

La mayor parte de la luz que pasa no rebota en diferentes direcciones en un material transparente, lo que significa que el texto colocado en un lado de una pieza transparente impresa en 3D es legible desde el otro lado de la pieza. Los materiales transparentes están a nuestro alrededor; por ejemplo, el aire y el vidrio.

Sí, las piezas de plástico transparente pueden imprimirse en 3D. El método óptimo para imprimir en 3D piezas de plástico claras o transparentes es la impresión 3D por estereolitografía o SLA. La impresión 3D basada en filamentos puede no producir el nivel de transparencia deseado debido al pequeño espacio formado entre las capas de material. Esto hace que la luz rebote dentro de la pieza, reduciendo el índice de refracción y aumentando la reflectividad. La impresión 3D Polyjet es otro gran método para imprimir en 3D piezas claras o transparentes. Este método de impresión 3D permite la utilización de materiales como las resinas curables por UV y produce piezas lisas.

A continuación se ofrecen algunos consejos útiles para imprimir piezas más claras o transparentes en 3D:

1. Utilice un depósito de resina flexible para reducir las fuerzas de pelado
2. Intente imprimir piezas de plástico transparentes en 3D con un acabado de superficie suave
3. Utilice los pasos de posprocesamiento para mejorar aún más la transparencia de las piezas impresas en 3D
4. Investigar y/o probar diferentes ajustes de la impresora, como la temperatura de extrusión, la temperatura del lecho de impresión, el grosor de la capa, el diámetro de la boquilla de extrusión, la velocidad de impresión y el caudal.

Los procesos posteriores a la impresión en 3D pueden mejorar la transparencia de una pieza transparente impresa en 3D. El lijado y el pulido de las piezas transparentes impresas en 3D pueden utilizarse para mejorar la reflectividad de la superficie y suavizar las imperfecciones. Se puede utilizar una aplicación de aceite mineral para crear un acabado semitransparente y suave y ocultar cualquier punto de luz en una pieza transparente impresa en 3D. El recubrimiento transparente, con o sin lijado previo, también produce piezas más transparentes. Por ejemplo, este método se utiliza para botellas y envases. El revestimiento transparente abarca desde opciones sencillas, como las fabricadas por Rustoleum, hasta sprays más caros y complejos, como el uretano acrílico. El revestimiento de resina es un excelente método de posprocesamiento para conseguir piezas impresas en 3D muy transparentes. El revestimiento de resina produce una superficie lisa y clara con reflejos nítidos en la superficie. Puede reducir los detalles, pero proporciona una superficie sumamente lisa.

Las piezas impresas en 3D claras, transparentes o translúcidas tienen una gran variedad de aplicaciones. Una de las aplicaciones más innovadoras es la impresión de prototipos. En el caso de las piezas prototipo que forman parte de un conjunto móvil, la transparencia permite a los probadores o a los ingenieros de diseño ver a través de las piezas y observar la interacción entre los componentes del conjunto. Los componentes que se utilizan para distribuir o transmitir la luz en aplicaciones ópticas también son buenas aplicaciones para la impresión 3D clara o transparente. Algunos ejemplos de componentes ópticos relevantes son las carcasas de los LED, los tubos de luz y las cubiertas decorativas de las luces LED. Las piezas transparentes impresas en 3D también son populares en la industria electrónica para cubiertas, ventanas de visualización o tapas. Los productos de consumo a menudo implican el uso de piezas transparentes impresas en 3D para puertas, componentes decorativos o ventanas de visualización también. Por último, el uso más popular de la impresión 3D transparente es para las representaciones decorativas o artísticas. La impresión 3D de piezas claras o transparentes permite a los artistas crear piezas únicas en las que pueden utilizar el patrón de luz que viaja a través del material para añadir una capa adicional de profundidad visual a la obra de arte.