Tratamientos superficiales post-impresión (III). Tratamientos químicos (I).

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Tratamientos superficiales post-impresión (III). Tratamientos químicos.

Tras el repaso realizado a los tratamientos mecánicos y tratamientos térmicos que se pueden realizar para mejorar el acabado de nuestras impresiones en 3D, llega el momento de dedicarle varias entradas a uno de los tipos de tratamientos de acabado que goza de mayor popularidad entre la comunidad de usuarios de impresoras 3D FFF, los tratamientos químicos.

La mayoría de estos tratamientos consisten en someter la pieza a la acción de una substancia determinada, generalmente algún tipo de disolvente líquido capaz de interaccionar con el material empleado para construir la pieza, ya sea por inmersión directa en el fluido o bien introduciendo la pieza en un recipiente cerrado donde se vaporiza el disolvente.

Los riesgos asociados al uso de estos productos utilizados en los tratamientos químicos pueden ser muy diversos dependiendo del propio producto, pero también del modo de utilización. En general, entre los posibles problemas a los que pueden dar lugar están la creación de nubes tóxicas, inflamables y/o explosivas, o el provocar problemas de quemaduras o irritación en caso de contacto con la piel o las mucosas.

Por lo tanto, hay que reseñar que la manipulación y utilización de estos productos químicos deberá realizarse siempre manteniendo unas precauciones mínimas de seguridad, y por supuesto, siguiendo las indicaciones del fabricante en aspectos como protección, prevención, ventilación de los espacios de uso, tratamientos en caso de accidente, eliminación del producto y sus residuos, etc.

Tras estas consideraciones, podemos pasar a describir los principales tratamientos químicos que podemos realizar sobre piezas impresas en 3D FFF.

 

 Tratamientos químicos de acabado post-impresión 3D

  • Pieza de ABS suavizada con vapor de acetona

    Pieza de ABS suavizada con vapor de acetona

  • Los tratamientos químicos que se pueden aplicar sobre una pieza por impresión 3D FFF en general van a estar dedicados, principalmente, a mejorar sus acabados superficiales y, en algunos casos, a realizar la unión de las partes que compondrán la pieza final.

    A diferencia de los tratamientos térmicos o mecánicos, donde por lo general el material conservaba sus propiedades originales tras el tratamiento, ahora, dependiendo de cómo reaccione el material de la pieza frente al aditivo químico, las propiedades del mismo podrán verse o no alteradas en mayor o menor medida.

Otra consideración es que los tratamientos químicos, sobre todo los que buscan mejorar el acabado superficial, suelen ser aplicados como el tratamiento final definitivo que se aplica a la pieza. Por ello, cualquier otro tratamiento que se considere necesario, como uno mecánico de lijado o la retirada de soportes, etc. deberán ser realizados, obviamente, con anterioridad a aplicar el tratamiento químico.

A modo de ejemplo pensemos en la presencia de unas rebabas en una pieza que no han sido eliminadas antes del tratamiento químico. Es muy posible que tras el procesado las rebabas sigan presentes y que ahora, dadas las nuevas características superficiales adquiridas por la pieza (endurecimiento, alisamiento, brillo, etc.) resulte más complicado su eliminación.

En la descripción de los tratamientos químicos distinguiremos entre aquellos procesos que se realizan por inmersión o contacto directo de la pieza con el agente químico y aquellos tratamientos en los que este se aplica en forma de vapor.

Comencemos describiendo los primeros, por inmersión directa de la pieza en el fluido disolvente, lo que incluirá también el aplicarlo directamente sobre la superficie de la pieza.

 

 Inmersión directa en el fluido disolvente


  • Molecula de acetona (Fuente wikipedia.com)

    Molecula de acetona (Fuente wikipedia.com)

  • Uno de los termoplásticos más utilizados en impresión 3D FFF es el ABS, que tiene como una de  sus principales características la de disolverse en acetona. Ojo, nos referimos a la acetona “industrial” (propanona pura – CH3(CO)CH3  – líquido que se evapora fácilmente, inflamable y soluble en agua), ya que normalmente se utiliza este término para designar de forma genérica productos destinados a eliminar el esmalte de uñas en los cuales, a veces, o la acetona esta está muy rebajada con otros productos, o directamente no contienen acetona.

Nuevamente hay que destacar el hecho de que se trata de un producto que implica riesgos serios en su manipulación y utilización, por lo que hay que seguir fielmente las instrucciones de uso.

Diversas formas de presentación de envases comerciales de acetona pura

Diversas formas de presentación de envases comerciales de acetona pura

Cuando una pieza de ABS se sumerge en acetona, esta comienza primero a ablandarse para luego disolverse progresivamente. Lógicamente el proceso comienza por la superficie de la pieza, en contacto directo con el líquido. En el caso de una pieza de ABS impresa en 3D, las primeras zonas atacadas serán las zonas externas de las capas de impresión, que es donde precisamente se produce el siempre indeseado efecto superficial de escalonado de capas (“stepping”).

Si el proceso se interrumpe en el momento adecuado extrayendo la pieza del fluido, la acetona que impregna la superficie se evapora, y el material disuelto que esta pudiera contener vuelve a depositarse sobre la pieza. Sin embargo, para evitar que la acetona impregnada continúe actuando, lo habitual es lavar rápidamente la pieza con agua destilada.

Si se ajusta adecuadamente el tiempo de acción del disolvente se puede consiguir que este sólo afecte a la zona escalonada. Se obtiene así un efecto de suavizado superficial que suele ir acompañado de cierto endurecimiento y de la aparición de un acabado brillante en la pieza. La contrapartida es que en la pieza suele haber una perdida de definición, en especial en zonas de detalles muy finos, tanto que, si el tiempo de inmersión resulta excesivo, la pieza puede quedar arruinada. Y como en realidad la acetona actúa realmente rápido, los tiempos de inmersión no deben ir más allá de unos pocos segundos (generalmente <10sg). Una forma de ralentizar el efecto de la acetona es utilizarla mezclada con agua.

Hay que destacar que no todos los tipos de ABS se disuelven en acetona, o al menos no del mismo modo, por lo que los resultados pueden depender no sólo de la morfología de la pieza sino que también pueden depender hasta del filamento de ABS empleado para imprimir la pieza. Esto hace muy difícil calibrar a priori cuál debe ser el tiempo óptimo de aplicación ni conocer los resultados finales que se obtendrán para una pieza dada. Nuevamente estamos ante un procedimiento ciertamente empírico.

Existen varios proyectos en marcha para intentar mejorar y automatizar el proceso descrito, algunos basados en chorros de disolvente diluido en agua que son lanzados sobre la pieza mientras está rota dentro de un recipiente.

Prototipo de máquina de pulido mediante chorros de disolvente presurizado (Fuente - kickstarter.com)

Prototipo de máquina de pulido mediante chorros de disolvente presurizado (Fuente – kickstarter.com)

 

Por otra parte, también están apareciendo varios proyectos de aplicadores de acetona que permitan realizar un tratamiento superficial a las piezas con disolventes sin los engorros asociados al proceso de inmersión directa, aunque los resultados no son muy diferentes a los que se obtienen al aplicar el producto con una brocha o pincel. Está forma de aplicación puede ser útil para recuperar el acabado superficial o el color del material tras un tratamiento previo, como un lijado, que pueden hacer que el material se vuelva mate y de un color más pálido.

Stick para la aplicación directa de acetona (Fuente makeraser.com)

Stick para la aplicación directa de acetona (Fuente makeraser.com)

Por último, comentar que la acetona líquida también puede utilizarse para la unión química de piezas de ABS. Para ello, o bien se aplica de forma directa, o bien se suele recurrir al conocido en el argot como “jugo de ABS” (ABS Slurry / ABS Juice / ABS Glue). Este producto se consigue dejando que un trozo de filamento o unos trocitos de otros restos de impresión se disuelvan completamente en la proporción adecuada de acetona, de forma que al final se consigue una disolución líquida uniforme de un aspecto viscoso. Tras aplicarlo en una zona de unión, la acetona actúa sobre la superficie de las piezas para después evaporarse progresivamente, de forma que el ABS que estaba predisuelto en la misma ayuda a fortalecer y sellar la zona de unión.

Otra forma de utilización de este jugo de ABS es a modo de barniz al aplicarlo con un pincel sobre nuestra pieza. Además del propio efecto de la acetona, el ABS que se deposita contribuye a suavizar aún más la superficie de la pieza, siempre y cuando no nos excedamos en su aplicación, algo que de ocurrir podría estropear la superficie o reducir el nivel de detalle en exceso.

Ejemplo de pegado de múltiples piezas y tratamiento superficial de las mismas empleando jugo de ABS (Fuente Youtube: “How to Glue ABS 3D prints using Acetone and left over excess ABS” nuPROTO)

Ejemplo de pegado de múltiples piezas y tratamiento superficial de las mismas empleando jugo de ABS (Fuente Youtube: “How to Glue ABS 3D prints using Acetone and left over excess ABS” nuPROTO)

Finalmente, otra aplicación popular de este jugo de ABS es para impregnar las camas de impresión cuando se imprimen piezas de ABS, en un intento de evitar que aparezca el llamado warping o despegado parcial de la pieza respecto de la base durante su impresión. Se utiliza pues a modo de pegamento entre la pieza y la base de impresión, aunque los resultados obtenidos suelen ser dispares.

 

Respecto al otro gran grupo de termoplásticos empleados en la tecnología de impresión FFF, el PLA, hay que decir que su comportamiento ante la acetona resulta mucho más neutro que en el caso del ABS, y se usa cuando se desea reblandecer las piezas para que adquieran cierto comportamiento gomoso.

Si lo que se desea verdaderamente es obtener un mejor acabado superficial en piezas de PLA similar al visto anteriormente al tratar ABS con acetona, hay que recurrir a productos químicos específicos que sí resultan agresivos para el PLA, como el tetrahidrofurano (THF o C4H8O), el acetato de etilo (CH3-COO-CH2-CH3), butanona (MEK o CH3COCH2CH3), diclorometano (DCM o CH2Cl2), el cloroformo (CHCl3), etc… Se trata en su mayoría de disolventes industriales que pueden resultar muy peligrosos (¡cancerígenos!) si no se manipulan y utilizan correctamente (guantes, mascarillas, ventilación…).

Estructura 3D de las moléculas de THF, DCM, Cloroformo, MEK y acetato de etilo, varios de los disolventes propuestos para realizar tratamientos sobre PLA (Fuente: wikipedia.com)

Estructura 3D de las moléculas de THF, DCM, Cloroformo, MEK y acetato de etilo, varios de los disolventes propuestos para realizar tratamientos sobre PLA (Fuente: wikipedia.com)

La forma de aplicar estos disolventes es similar a la ya vista, desde inmersión rápida en el producto o su aplicación superficial mediante un pincel/brocha hasta simplemente el frotar la pieza manualmente con un trapo, que no suelte pelusas ni hilos, ligeramente impregnado con el producto.

A la izquierda, frasco de THD y a la derecha pieza de PLA tratada con el producto (Fuente: protoparadigm.com)

A la izquierda, frasco de THD y a la derecha pieza de PLA tratada con el producto (Fuente – protoparadigm.com)

 

Efecto del DCM en pieza de PLA en función del tiempo de aplicación (Fuente: thingiverse.com/thing:74093)

Efecto del DCM en pieza de PLA en función del tiempo de aplicación (Fuente: thingiverse.com)

Con esto damos por finalizada esta primera entrada dedicada a los tratamientos químicos postimpresión que podemos realizar sobre impresiones realizadas con tecnología FFF. En la próxima, veremos los tratamientos químicos de suavizado por inmersión en atmósferas de vapor de disolvente.

 

 

6 Comments

  1. Hola!
    Yo imprimo con PLA.
    Al ver tu web, he comprado acetato de etilo, lo he dejado hasta 5′ seguidos y la pieza se ha quedado como al principio, bueno miento, blanquecina.
    Pero se sigue viendo el paso del extrusor y para nada ha quedado brillante ni pulida.
    Algún consejo?

  2. Hola me llamo mucho la atención que el meterial HIPS quedo reluciente con la acetona, mas sin embargo una de mis dudas es con el PLA es mejor usar DCM o tetrahidreofurano?

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