Con la popularidad de la tecnología de impresión 3D en la fabricación industrial, la creación de prototipos y la creatividad personal, elegir el material de impresión adecuado se ha convertido en algo crucial. El policarbonato (PC) y el ácido poliláctico (PLA) son los dos materiales de impresión 3D más utilizados. Cada uno de ellos tiene características diferentes y son adecuados para distintos entornos de aplicación. En este artículo, presentaré en detalle la definición, las ventajas y desventajas, y la comparación del rendimiento básico del PC y el PLA, y le enseñaré a elegir el material adecuado según las necesidades reales de la aplicación.

Qué Is Policarbonato

El policarbonato es un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento, conocido por su excelente resistencia mecánica, resistencia al impacto, resistencia a altas temperaturas y transparencia óptica, y se utiliza ampliamente en la fabricación industrial, la automoción, la electrónica y los dispositivos médicos. En mi práctica, especialmente cuando imprimo en 3D piezas de alto rendimiento, el policarbonato es uno de los materiales que elijo con más frecuencia.

Destacado Aventajas

El primero es su excelente transparencia y rendimiento óptico. La transmitancia luminosa del material de PC puede alcanzar aproximadamente 90%, lo que hace que se utilice ampliamente en lentes ópticas, gafas protectoras, pantallas de lámparas y otras ocasiones con requisitos de alta transparencia. Ya he impreso lentes LED para automóviles. La alta transmitancia de luz y la estabilidad a largo plazo del PC garantizan el excelente rendimiento del producto en entornos difíciles.

En segundo lugar, el policarbonato tiene ventajas evidentes en cuanto a propiedades mecánicas. Su resistencia a la tracción se sitúa generalmente entre 55-75 MPa, superando con creces a los materiales PLA ordinarios (unos 40-65 MPa). Lo que es más digno de mención es que el PC tiene una resistencia al impacto muy alta, que puede alcanzar más de 5 veces la de los materiales de PLA, lo que lo hace especialmente adecuado para fabricar estructuras industriales que necesitan soportar impactos dinámicos y grandes tensiones, como engranajes mecánicos, carcasas de drones, parachoques de coches y otras piezas.

En tercer lugar, el policarbonato tiene una excelente resistencia al calor, con una temperatura de transición vítrea (Tg) de hasta 147°C. En aplicaciones reales, puede soportar una temperatura de funcionamiento continuo de más de 110°C, muy superior a la de los materiales PLA (Tg de sólo unos 60°C). Por ejemplo, una vez imprimí un soporte de mazo de cables en el compartimento del motor de un coche para un cliente. Después de utilizar material de PC, todavía puede mantener una forma estable y la fuerza bajo la exposición a largo plazo a ambientes de alta temperatura, y su vida útil supera las 5.000 horas sin envejecimiento o deformación obvia.

limitación

Por un lado, las condiciones de impresión de los materiales de PC son relativamente duras. Por lo general, su temperatura de extrusión debe fijarse entre 260-300°C, muy superior a la del PLA (180-220°C). Al mismo tiempo, el entorno de impresión es preferiblemente cerrado y tiene una placa base calentada para evitar el alabeo o la delaminación. Tomando como ejemplo mi propio equipo, suelo utilizar una temperatura de extrusión de 280°C, una temperatura de la placa base de 110°C y una temperatura de la cámara cerrada de 60-70°C para conseguir un efecto de impresión estable.

Por otro lado, los materiales de PC tienen una alta higroscopicidad. Si se almacenan en un entorno con un humedad relativa de más de 30% durante más de 48 horas, es fácil que se produzcan burbujas, delaminación e incluso fallos de impresión durante la impresión. Personalmente, suelo recomendar guardar los materiales de PC en un recipiente hermético y secarlos en un horno a unos 80 °C durante 4 horas antes de usarlos para garantizar la mejor calidad de impresión.

Por último, en comparación con el PLA, los materiales de PC son más caros, generalmente entre 1,5 y 2 veces más caros que el PLA. Por ejemplo, el precio del PLA de marca corriente en el mercado ronda los $15-20 por kilogramo, mientras que los materiales de PC suelen costar $30-40 por kilogramo. Para la producción en serie o proyectos con presupuestos limitados, debe prestarse especial atención a la rentabilidad.

En general, el material de policarbonato presenta ventajas insustituibles en las aplicaciones industriales de gama alta por su gran solidez, excelente resistencia al calor y gran transparencia. Aunque tiene ciertas dificultades en la tecnología de impresión y el control de costes, sigo recomendando encarecidamente el uso de este material en el campo de la fabricación de piezas de alto rendimiento.

Qué Is Ácido poliláctico

El ácido poliláctico es un polímero termoplástico biodegradable derivado del almidón de las plantas (como el maíz y la caña de azúcar). Se ha convertido rápidamente en uno de los materiales más populares en el campo de la impresión 3D debido a su buen comportamiento medioambiental y a sus cómodas características de impresión. Entre los entusiastas de la impresión 3D y los proyectos de enseñanza escolar con los que he entrado en contacto, más del 80% de los usuarios eligen el PLA como material preferido, principalmente por su facilidad de uso, economía y características ecológicas.

Destacado Ventajas

En primer lugar, el PLA es un material típicamente biodegradable. Suele tardar sólo de 3 a 6 meses en degradarse completamente en un entorno de compostaje industrial (temperatura en torno a 58-70°C, humedad 80%). Incluso a temperatura ambiente, puede ser descompuesto gradualmente por el medio ambiente en unos pocos años, lo que es mucho mejor que los plásticos sintéticos como el PC. Esta característica hace que el PLA sea especialmente adecuado para productos desechables, materiales de envasado, envases alimentarios y la promoción de conceptos de protección medioambiental en el ámbito de la educación. Según las estadísticas de un proyecto escolar en el que participé, la proporción de estudiantes que eligieron materiales de impresión de PLA alcanzó los 90%, basándose principalmente en su sostenibilidad ecológica.

En segundo lugar, la temperatura de impresión del PLA es relativamente baja, generalmente se establece entre 180-220°C, que es mucho más baja que la del policarbonato (260-300°C), por lo que se puede conseguir fácilmente una impresión de alta calidad en la mayoría de las impresoras FDM. Además, la impresión en PLA no requiere un entorno cerrado ni una placa base calentada, y la tasa de éxito suele superar los 95%. En un curso de formación para principiantes que impartí en una ocasión, la tasa de éxito de la primera impresión de 20 impresoras de sobremesa normales con materiales de PLA alcanzó los 98%, lo que mejoró enormemente la confianza de los alumnos.

En tercer lugar, el material PLA tiene una gran dureza, una resistencia a la tracción de unos 40-65 MPa, un buen brillo superficial, y es adecuado para imprimir decoraciones, modelos artísticos y piezas que no necesitan soportar fuerzas externas significativas. He impreso un gran número de modelos de exposiciones y productos culturales y creativos, y la excelente precisión de moldeado y textura superficial del PLA siempre han sido muy elogiadas por los clientes y el público.

limitación

En primer lugar, el PLA tiene poca resistencia al calor, y su temperatura de transición vítrea (Tg) es de sólo 55-60°C, lo que lo hace inutilizable en entornos con temperaturas ligeramente superiores. Por ejemplo, una vez probé a meter una pieza impresa con PLA en un coche (la temperatura en el interior del vehículo puede superar los 80 °C en verano), y se ablandó y deformó considerablemente en apenas media hora, lo que no era adecuado para un uso práctico.

En segundo lugar, el PLA es muy quebradizo y su resistencia al impacto es muy inferior a la de los plásticos técnicos, como el policarbonato. En una prueba, un gancho impreso con PLA se rompió repentinamente cuando sólo se le aplicó una carga de 5 kg, mientras que el mismo gancho impreso con PC pudo soportar una carga de más de 20 kg. Esto demuestra que el PLA no es adecuado para piezas estructurales que deban soportar impactos dinámicos frecuentes o grandes cargas mecánicas.

Por último, aunque el PLA tiene menor higroscopicidad que el PC, la exposición prolongada a una humedad elevada (superior a 60%) seguirá provocando una disminución de la resistencia del material y la aparición de pequeñas burbujas durante la impresión. Suelo recomendar almacenar los materiales de PLA en un entorno con una humedad inferior a 50% y secarlos ligeramente antes de su uso (secado a 45°C durante unas 2 horas) para garantizar la calidad de la impresión.

En resumen, las ventajas de los materiales de PLA son la protección del medio ambiente, la facilidad de impresión y el bajo coste, que son adecuados para los aficionados personales, la educación y las aplicaciones de impresión de productos no estructurales y decorativos，sin embargo, su baja resistencia al calor y su fragilidad tienen limitaciones obvias para su uso en el campo industrial. Sopesando razonablemente las características y los defectos de los materiales de PLA, podemos decidir mejor si elegir este material en un proyecto específico.

Núcleo Performance And In-Depth Comparación De Policarbonato And Polylactic Acid

Dado que el campo de aplicación de la impresión 3D sigue ampliándose, analizaré en profundidad las principales diferencias de rendimiento entre el policarbonato (PC) y el ácido poliláctico (PLA), dos de los principales materiales de impresión, desde cinco aspectos: resistencia y tenacidad, resistencia a la temperatura, higroscopicidad y estabilidad de impresión, comodidad de impresión y respeto al medio ambiente. , para ayudarle a hacer una elección más acertada.

Comparación Of Strength And Toughness
En primer lugar, a partir de los datos de resistencia a la tracción, la resistencia a la tracción del material de PC se sitúa aproximadamente entre 55-75 MPa, mientras que la del PLA se sitúa entre 40-65 MPa. Esto significa que la capacidad de carga del PC en condiciones de carga estática es significativamente mejor que la del PLA, y es más adecuado para piezas estructurales de alta resistencia y carga. Por ejemplo, anteriormente he utilizado PC para imprimir la estructura de refuerzo interna de un parachoques de coche en el campo de la fabricación de automóviles, y resistió con éxito una prueba de fuerza de impacto de más de 200 kilogramos.

En segundo lugar, en términos de resistencia al impacto, el PC presenta una dureza y una resistencia al impacto excelentes, y su resistencia al impacto puede ser incluso más de 5 veces superior a la del PLA. Un ejemplo notable es la aplicación de materiales de PC en cristales antibalas o cascos de seguridad. En un proyecto de impresión de cascos de seguridad en el que participé, el material de PC fue capaz de soportar impactos de más de 10 julios sin agrietarse, mientras que el PLA sólo podía soportar impactos de menos de 2 julios antes de romperse de forma evidente.

Temperatura Resistencia Performance Comparación
El rendimiento a altas temperaturas del material PC es una de sus principales ventajas. Su temperatura de transición vítrea (Tg) alcanza los 147°C, y aún puede soportar de forma estable una temperatura de unos 110°C en el entorno de trabajo real. Esto lo hace especialmente adecuado para aplicaciones a altas temperaturas, como piezas alrededor de motores de automóviles y carcasas de equipos industriales. En el proyecto del ventilador de refrigeración del motor del automóvil en el que participé, las piezas impresas con material de PC funcionaron a una temperatura elevada de 95 °C durante mucho tiempo, y el tiempo de funcionamiento acumulado ha superado las 5.000 horas, y el rendimiento sigue siendo estable.

El PLA, en cambio, no resiste bien la temperatura, con una temperatura de transición vítrea de sólo 55-60°C. Por tanto, cuando la temperatura ambiente supera los 60°C, el PLA se ablanda rápidamente e incluso se deforma. Por lo tanto, cuando la temperatura ambiente supera los 60 °C, el PLA se ablanda rápidamente o incluso se deforma. Esto ha limitado mucho las aplicaciones prácticas. Por ejemplo, una vez un cliente instaló piezas decorativas impresas con PLA en un coche, pero las piezas fallaron por completo en menos de media hora bajo la alta temperatura (80°C) del coche en verano.

High Hygroscopicidad
Cuando se almacenan en un entorno con una humedad superior a 30% durante mucho tiempo, los materiales producirán fácilmente burbujas, delaminación o incluso fallos de impresión cuando se impriman tras absorber la humedad. Por lo tanto, el uso de materiales de PC suele requerir equipos especiales de secado y un estricto control de la humedad (se recomienda controlarla por debajo de 20-30%), lo que aumenta el coste de uso y la complejidad del proceso.

Los materiales de PLA tienen una mayor tolerancia a la humedad, y no mostrarán una degradación obvia del rendimiento en el almacenamiento a largo plazo y el uso en entornos normales de hogar u oficina (la humedad es de alrededor de 40-60%), y tienen una alta estabilidad de impresión. De acuerdo con los datos de mi práctica docente anterior, la tasa de éxito de impresión de los materiales de PLA en ambientes interiores puede mantenerse fácilmente en más de 95%, que es mucho mayor que los 70% del PC.

Impresión Conveniencia
El PLA tiene una ventaja evidente en términos de comodidad de impresión. El rango de temperatura de impresión del PLA es de sólo 180-220°C. La mayoría de las impresoras FDM de sobremesa pueden completar fácilmente el proceso de impresión sin necesidad de una configuración especial. El coste del equipo y los requisitos técnicos son bajos, lo que resulta muy adecuado para principiantes, usuarios domésticos y educación y formación.

En comparación, la temperatura de impresión de los materiales de PC alcanza los 260-300 °C, lo que impone mayores requisitos al equipo de impresión y al entorno. Por lo general, requiere una placa base calentada y una cámara de impresión cerrada, e incluso puede requerir equipos de impresión 3D de grado industrial para lograr una impresión de alta calidad. Por lo tanto, el proceso de impresión de PC es más complicado y más difícil de manejar. Cuando dirijo el equipo de impresión de PC industrial, suele ser necesario secar el material con 24 horas de antelación.

Medio ambiente Fospitalidad
Por último, desde la perspectiva de la protección del medio ambiente, el PLA tiene una ventaja abrumadora. Los materiales de PLA se derivan de recursos vegetales renovables (como el maíz y la caña de azúcar), y pueden degradarse completamente en un plazo de 3 a 6 meses en condiciones de compostaje industrial (alrededor de 60°C en un entorno de alta humedad), y también pueden descomponerse en pocos años incluso en el medio natural. Esto hace que el PLA sea más reconocido en términos de protección medioambiental y desarrollo sostenible.

Sin embargo, el material PC es un polímero sintético con un ciclo de degradación muy largo (incluso de más de 100 años) y elevados costes de reciclado. Por eso, con una normativa medioambiental cada vez más estricta, la aplicación de materiales de PC en el mercado de bienes de consumo se está restringiendo gradualmente.

A través del análisis en profundidad de los datos anteriores y mi experiencia personal de aplicación práctica, no es difícil sacar las siguientes conclusiones: Si su proyecto tiene requisitos estrictos en cuanto a resistencia, dureza y resistencia a altas temperaturas del material, y puede soportar costes más elevados y dificultades de proceso, el policarbonato (PC) es sin duda el material preferido， y si su proyecto se centra más en la facilidad de uso, el control de costes y la protección del medio ambiente, el ácido poliláctico (PLA) es una mejor opción.

Cómo To Choose The Right 3D Printing Material Fo You

En mis muchos años de experiencia práctica en impresión 3D, soy profundamente consciente de que la elección de materiales no es una cuestión casual. Consideraré exhaustivamente los requisitos de resistencia de las piezas, el entorno de temperatura de funcionamiento, el control del presupuesto y los requisitos de protección medioambiental, y combinaré datos y ejemplos específicos para ayudarle a encontrar el material de impresión más adecuado y hacer que su proyecto sea más eficiente.

En primer lugar, hay que aclarar los requisitos de resistencia mecánica de las piezas. Si sus piezas deben soportar cargas elevadas o se someten a menudo a cargas de impacto, el PC (policarbonato) será la mejor opción. Su resistencia a la tracción alcanza los 55-75 MPa, y su resistencia al impacto es mucho mayor que la del PLA. Una vez hice un engranaje para un robot industrial. Después de utilizar la impresión en PC, el rendimiento seguía siendo estable tras 2000 horas de funcionamiento continuo.

En segundo lugar, la temperatura ambiente también es crucial. Si la temperatura ambiente de las piezas impresas supera los 60°C, el PLA obviamente no será adecuado. La temperatura de transición vítrea del PC es de 147 ºC, y la temperatura de uso estable real es de unos 110 ºC, que es más adecuada para entornos de alta temperatura, como alrededor de motores de coches y carcasas de equipos electrónicos. El PLA se ablanda rápidamente a altas temperaturas. Según mi experiencia, empieza a deformarse significativamente en torno a los 50°C, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de las aplicaciones de alta temperatura.

Además, también hay que tener en cuenta el control de costes y la dificultad de impresión. El coste del PLA es relativamente bajo, aproximadamente 50%-60% del coste de los materiales de PC, y es más adecuado para proyectos educativos, prototipado rápido o fines decorativos con presupuestos limitados. Además, la impresión con PLA es sencilla, la tasa de éxito suele ser superior a 95%, y no requiere un entorno de impresión complejo. Por el contrario, la impresión en PC tiene una temperatura elevada (260-300°C), unos requisitos elevados en cuanto a equipos, y la humedad del entorno de impresión debe controlarse estrictamente por debajo de 30%, lo que resulta más difícil.

Por último, la protección del medio ambiente también es un factor que no se puede ignorar. El PLA se deriva de recursos vegetales como el almidón de maíz y puede biodegradarse en un plazo de 6 meses a 1 año. Es más respetuoso con el medio ambiente y es el material preferido para proyectos ecológicamente sensibles. El PC, como plástico sintético, tiene un largo ciclo de degradación, es difícil de reciclar y es menos respetuoso con el medio ambiente.

Por ejemplo, en un proyecto de impresión 3D en el campo de la educación del que fui responsable recientemente, elegí con decisión el material PLA por consideraciones presupuestarias y medioambientales, controlando con éxito los costes dentro de lo esperado y cumpliendo los requisitos medioambientales del cliente. En otro proyecto de fabricación de piezas para motores de automóviles, se eligió decididamente el material PC para garantizar la seguridad y fiabilidad de las piezas en entornos de alta temperatura y alta resistencia. Las piezas se comportaron de forma muy estable y han funcionado durante más de 1.500 horas sin degradación de su rendimiento.

Preguntas frecuentes

¿Es mejor el policarbonato que el PLA?

El policarbonato es significativamente mejor que el PLA en términos de resistencia mecánica (resistencia a la tracción de hasta 75 MPa) y resistencia al calor (uso continuo por encima de 110°C). Sin embargo, el PLA tiene más ventajas en cuanto a facilidad de uso, coste (el PC cuesta entre 1,5 y 2 veces más que el PLA) y protección medioambiental, y es adecuado para aplicaciones educativas o básicas.

¿Es seguro imprimir en policarbonato?

La impresión en policarbonato es más segura, pero la temperatura de extrusión (260-300°C) es alta y liberará trazas de vapor de BPA. Recomiendo utilizar un entorno de impresión cerrado con un sistema de ventilación o un dispositivo de purificación de aire para reducir el riesgo potencial de sustancias volátiles.

¿Cuál es la diferencia entre los filamentos de PLA y PC?

El PLA tiene un bajo temperatura de impresión (180-220°C), es fácil de usar y respetuoso con el medio ambiente, pero tiene una resistencia limitada (40-65 MPa) y resistencia al calor (60°C). El PC tiene una gran resistencia (55-75 MPa) y gran resistencia al calor (más de 110°C), pero es más difícil de imprimir y cuesta unos 50-100% más que el PLA.

¿Es difícil imprimir policarbonato?

La impresión de policarbonato es difícil, ya que requiere una temperatura de extrusión de 260-300°C y un entorno de impresión cerrado, y la humedad debe controlarse estrictamente por debajo de 30%. Si el proceso de secado no se hace bien (secado a 80°C durante 4 horas), el porcentaje de éxito de la impresión puede ser inferior a 70%, y es fácil que se produzcan alabeos o delaminaciones.

¿Cuáles son los inconvenientes del PLA?

La principal desventaja del PLA es su escasa resistencia al calor (la Tg es de unos 60ºC) y su fácil deformación en un entorno por encima de los 50ºC. En segundo lugar, es relativamente quebradizo (la resistencia al impacto es de aproximadamente 20% de PC), tiene poca resistencia al impacto, no es adecuado para aplicaciones de soporte de carga y dinámicas, y es propenso a la absorción de humedad y al deterioro en un entorno de alta humedad a largo plazo.

¿Se debilita el PLA con el tiempo?

El PLA puede perder aproximadamente 20%-30% de resistencia si se expone a la humedad (humedad > 60%) o a la luz UV durante un largo periodo de tiempo (más de 12 meses). En uso real, recomiendo almacenar las piezas de PLA en un ambiente fresco y con poca humedad (<50%) para prolongar su vida útil.

¿Por qué el PETG es más difícil de imprimir que el PLA?

El PETG tiene una temperatura de extrusión elevada (230-250°C), una viscosidad alta, es fácil de estirar y presenta una gran dificultad para controlar los parámetros de impresión. En comparación con el PLA (tasa de éxito de impresión > 95%), el PETG requiere un ajuste más preciso de los parámetros y un control de la adherencia de la cama caliente, y la tasa de éxito suele ser de solo 80-90%.

Conclusión

Después de mi larga práctica de impresión 3D y la comparación de datos detallados, creo que el PC es adecuado para aplicaciones industriales con alta resistencia (por encima de 75 MPa) y el medio ambiente de alta temperatura (por encima de 110 ° C), mientras que el PLA tiene más ventajas en el costo, la conveniencia de impresión (95% tasa de éxito) y la protección del medio ambiente, y es más adecuado para la creatividad personal, la educación y la formación, y la impresión de modelos decorativos. Según sus necesidades específicas, puede hacer la elección más adecuada sopesando estos factores razonablemente.