La impressió 3D ha passat de ser gairebé ciència ficció a convertir-se en una tecnologia quotidiana en tallers, fàbriques, universitats i fins i tot a casa. Avui s'imprimeixen des de maquetes senzilles fins peces d'avions, implants mèdics, pròtesis esportives, joieria o prototips industrials en qüestió dhores.
Per treure partit de veritat a aquesta tecnologia no n'hi ha prou de tenir una bona impressora: és clau conèixer quins materials per a impressió 3D existeixen, quines propietats tenen i en quines aplicacions destaquen. No tots els plàstics ni totes les resines serveixen per al mateix, i triar malament el material pot arruïnar un projecte que, sobre el paper, era perfecte.
Què és exactament la impressió 3D i com encaixen els materials?
Quan parlem d'impressió 3D ens referim a un conjunt de processos de fabricació additiva, en què una màquina va dipositant capes molt fines de material fins a construir un objecte tridimensional. El model neix en un programari 3D, es talla en capes amb un programa de laminat, i la impressora segueix aquestes instruccions capa a capa.
La gràcia és que aquestes capes poden ser de plàstics, resines, metalls, ceràmiques o fins i tot materials flexibles. El programari calcula el recorregut del filtre o del làser, i la impressora va afegint material a les coordenades adequades. Depenent de la mida de la peça, la tecnologia i el material, una impressió pot trigar des d'unes poques hores fins a més de mig dia.
Després de la impressió, gairebé sempre cal cert postprocessament per millorar l'acabat superficial: poliment, polit, curat UV en resines, eliminació de suports, tintat, pintura, etc. Aquí també hi influeixen molt les propietats del material escollit.
A la pràctica, la majoria d'equips domèstics i d'oficina usen filament plàstic mitjançant FFF/FFF (fabricació amb filament fos), mentre que les màquines professionals de gamma alta empren resines, pólvores plàstics o metàl·lics fusionats amb làser o amb calor al llit de pols.
Grans famílies de materials per a impressió 3D
Si simplifiquem una mica el panorama, els materials d'impressió 3D s'agrupen a tres grans blocs: termoplàstics, resines fotopolimèriques i metalls. Dins de cada grup hi ha desenes de variants adaptades a usos molt diferents, des de prototipat ràpid fins a producció de peces finals.
A la impressió per FFF abunden els termoplàstics en filament (PLA, ABS, PETG, niló, policarbonat, PEEK, etc.), mentre que a les tecnologies SLA/DLP/LFS dominen les resines líquides sensibles a la llum. Per a aplicacions industrials avançades entren en joc pólvores metàl·liques, ceràmiques i compostos d'alt rendiment.
A més, hi ha materials híbrids o especials, com els plàstics reforçats amb microfibres, les fibres contínues de carboni, vidre o Kevlar, i compostos carregats amb pols metàl·lica o ceràmica que després se sinteritzen per convertir-se en peces metàl·liques o de ceràmica tècnica.
Termoplàstics bàsics més utilitzats (PLA, ABS, PETG)
Al grup dels termoplàstics més comuns trobem els anomenats “materials bàsics” de filament: PLA, ABS i PETG. Són els que més es veuen en impressores domèstiques i en molts entorns professionals quan no calen prestacions extremes.
PLA (àcid polilàctic) és, probablement, el filament més estès. S'obté a partir de primeres matèries renovables com el blat de moro o el blat, per la qual cosa és més respectuós amb el medi ambient i no genera vapors especialment tòxics en imprimir-se. És molt fàcil de fer servir, ideal per a qui comença en impressió 3D i cerca bona estabilitat dimensional. Ofereix una enorme gamma de colors i acabats. El seu punt feble és que amb prou feines resisteix la calor ni els esforços mecànics intensos, cosa que el limita per a usos industrials exigents.
El ABS (acrilonitril butadiè estirè) és un clàssic a la indústria: s'empra en peces de Lego, carcasses d'electrodomèstics, components d'automoció i moltes més aplicacions. En impressió 3D es valora per la seva bona resistència a impactes i temperatures elevades. A més es deixa polir, foradar, enganxar, pintar i polir amb molta facilitat, permetent acabats professionals. A canvi, requereix una impressora una mica més exigent (llit calent, control de corrents d'aire) i emet gasos que convé ventilar bé.
El PETG és un derivat del PET tradicional d'envasos alimentaris, amb una formulació pensada per a impressió 3D. És un material molt resistent a la corrosió, a la humitat ia certs agents químics, a més de suportar impactes raonablement bé. És gairebé impermeable, per la qual cosa resulta idoni per a recipients, peces que estiguin en contacte amb líquids o components exteriors. La seva pega principal és que no és biodegradable, a diferència del PLA.
Termoplàstics de nínxol: niló, TPE/TPU/TPC i policarbonat
Més enllà dels materials bàsics, hi ha un conjunt de termoplàstics de nínxol que brillen en aplicacions concretes gràcies a alguna qualitat excel·lent: flexibilitat, durabilitat, resistència química o transparència.
El niló (poliamida) és el “pes pesat” quant a duresa, flexibilitat i durabilitat. Tot i que no és especialment rígid ni suporta temperatures extremes com un PEEK, resisteix molt bé la fatiga i molts productes químics. Per això es fa servir a peces mecàniques que es dobleguen, flexen o pateixen desgast continu, com engranatges lleugers, frontisses, passadors o components de maquinària on prima la resistència al fregament.
Els elastòmers termoplàstics TPE, TPU i TPC són plàstics amb comportament elàstic, capaços de deformar-se i recuperar-ne la forma. Són extremadament flexibles, resistents a l'esquinçament i molt duradors. Es troben sovint a components d'automoció, maneguets, juntes, carcasses esmorteïdes i peces mèdiques suaus. En impressió 3D permeten fabricar fundes, amortidors, plantilles, juntes d'estanquitat o prototips de productes de consum tous.
El policarbonat (PC) és un plàstic tècnic amb una combinació molt equilibrada de propietats: és resistent a impactes, a la calor i pot ser transparent. S'usa en vidres antibales, viseres de cascos, màscares de busseig i pantalles electròniques. En impressió 3D, el PC resulta ideal per a peces que hagin de suportar cops, temperatures moderades i mantenir transparència o alta resistència, encara que exigeix impressores capaces de treballar a temperatures elevades.
Una variant interessant és el PC-ABS, un aliatge que combina policarbonat i ABS. D'aquesta barreja s'obté un material amb gran duresa, bona resistència tèrmica i certa flexibilitat, molt utilitzat al sector automotriu, telecomunicacions i electrònica, on es necessiten carcasses robustes i tolerants a la calor.
Superplàstics i materials tècnics d'alt rendiment
Quan les aplicacions són especialment exigents, entren en joc els anomenats superplàstics: materials que combinen alta resistència mecànica, excel·lent estabilitat tèrmica i una gran resistència química. Aquí destaquen PEEK i ULTEM, entre d'altres.
El PEEK i l'ULTEM (com ULTEM 9085 o ULTEM 985) són polímers d'enginyeria d'altes prestacions que ja es feien servir tradicionalment en entorns industrials abans de ser imprimibles en 3D. Són molt rígids, suporten temperatures extremes i resisteixen químics agressius, a més d'oferir estabilitat dimensional fins i tot en condicions severes. S'utilitzen en sectors com l'aeronàutica, l'automoció o la indústria mèdica per a utillatge, suports i components sotmesos a gran estrès.
ULTEM 985, per exemple, és un polímer amorf que combina excel·lents propietats tèrmiques, retardància a la flama, bona resistència química i una gran estabilitat dimensional. Resulta molt interessant per a peces interiors de vehicles, components elèctrics i aplicacions on la inflamabilitat és un factor crític.
Termoplàstics farcits i plàstics reforçats
Una altra via per millorar el rendiment dels termoplàstics és carregar-los amb partícules d'altres materials. Aquests termoplàstics farcits continuen sent, majoritàriament, un plàstic en termes de comportament, però les partícules modifiquen propietats clau com ara la rigidesa, la duresa o l'estabilitat tèrmica.
En un termoplàstic farcit, el material base (per exemple, niló o PLA) s'impregna de petites partícules sòlides dun segon material. La concentració d'aquest reforç pot variar força. Tot i que la resistència química continua venint dictada pel plàstic base, la presència de partícules pot canviar dràsticament altres característiques.
D'una banda hi ha els plàstics farcits de materials exòtics (fusta, cafè, etc.), que modifiquen sobretot l'aspecte i la textura, però amb prou feines milloren les prestacions mecàniques. Funcionen com a termoplàstics de nínxol enfocats a fins estètics i decoratius.
De l'altra, trobem els plàstics reforçats amb microfibres industrials, on sí que es busca un salt de prestacions. L'exemple més habitual és el niló reforçat amb microfibres de carboni: es tracta d'una matriu de niló carregada de diminutes fibres de carboni que incrementen notablement la duresa, la rigidesa i la resistència a la calor.
Amb la proporció adequada de fibra s'obté un material proper als superplàstics: peces molt rígides, amb gran estabilitat dimensional i un acabat d´alta qualitat, sovint difícils de distingir de components fabricats per mètodes tradicionals. Tot i això, si s'abusa de la concentració de fibra, la impressió es complica: el plàstic aglutinant flueix pitjor i la superfície queda més rugosa i amb defectes visibles.
Fibres contínues (CFF) per a peces ultraresistents
Les microfibres milloren molt les propietats d'un plàstic, però si el que es busca és un salt encara més gran entra en joc el reforç amb fibres contínues de carboni, vidre o Kevlar. En aquest cas, la impressora diposita fils llargs dins de la peça, com als composites tradicionals.
La tecnologia CFF (Continuous Fiber Fabrication) combina l'extrusió FFF estàndard amb una segon broquet que col·loca la fibra contínua a l'interior de la peça. En lloc de fondre totalment el filament de fibra, el filtre el “planxa” i l'encapsula dins de la matriu termoplàstica. Les fibres es comporten igual que en un laminat amb resina epoxi, però tot es genera capa a capa dins la impressora.
El resultat són peces que poden ser un ordre de magnitud més forts i rígides que les de plàstic simple, fins i tot farcides. Conserven la resistència tèrmica i química del termoplàstic base, però amb un comportament mecànic molt més proper al d'un metall lleuger.
Amb aquest tipus de reforç es poden fabricar utillatges, mordasses, suports i peces estructurals lleugeres que abans requerien alumini mecanitzat. A més, s'aprofita la facilitat de disseny de la impressió 3D, permetent geometries complexes amb reforç intern optimitzat.
Resines d'ús general i d'alta resolució
Al món de l'estereolitografia i tecnologies similars es treballa amb resines líquides fotocurables. Les anomenades resines d'ús general estan pensades per a prototipat i models visuals, amb bon detall i acabat.
Una resina d'ús general típica ofereix alta resolució, superfície llisa d'aspecte mat i gran qualitat de detall, ideal per a models conceptuals, peces de presentació i prototips estètics. Són senzilles d'imprimir, admeten postprocessats com escatat i pintat, i resulten perfectes per a maquetes, carcasses de prova o productes de disseny.
Resines transparents i resines de color
Dins de les resines estàndard hi ha formulacions específiques per aconseguir transparència gairebé total. Aquestes resines transparents es poden polir fins a obtenir un acabat molt similar al del vidre oa un plàstic injectat òptic, cosa que les fa ideals per a components que requereixin pas de llum, microfluídica o finestres d'inspecció.
Les resines de color, per la seva banda, permeten igualar color, material i acabat en prototips ràpids. Són perfectes per a maquetes de producte final, peces amb codis de colors (per exemple, en guies i fixacions) i components d'ús final on es vol un color corporatiu o un acabat brillant concret.
Resines tècniques: Tough, Rigid, High Temp i Polyurethane
Per a aplicacions funcionals que requereixin alguna cosa més que estètica, entren en escena les resines tècniques. Estan formulades per suportar esforços mecànics, temperatures elevades o un ús continuat.
Les resines Tough són materials resistents i dinàmics, capaços d'aguantar impactes i esforços de compressió, tracció i flexió sense esquerdar-se amb facilitat. Les seves propietats poden assemblar-se a plàstics com el PEAD, ABS o polipropilè. S'utilitzen habitualment en carcasses, bastidors, connectors, utillatge i prototips sotmesos a desgast.
Les resines Rigid estan reforçades per ser molt rígides i mantenir la seva forma sota càrrega. Destaquen pel seu gran estabilitat dimensional, resistència tèrmica i química. Són adequades per a subjeccions, fixacions, utillatge, turbines, pales de ventilador i components per a circulació d'aire o fluids, així com carcasses elèctriques i peces d'automoció.
La Resina d'alta temperatura o resina d'alta temperatura es formula específicament per suportar fluxos d'aire calent, gasos i fluids a alta temperatura, mantenint precisió dimensional. És molt útil per a carcasses, suports, fixacions resistents a la calor, així com per a motlles, inserits i petites sèries de peces sotmeses a alta temperatura.
Les resines de poliuretà (Polyurethane) proporcionen una durabilitat excepcional a llarg termini. Són estables davant de radiació UV, temperatura i humitat, i poden ser ignífugues, esterilitzables i resistents a productes químics i abrasió. Es destinen a components automobilístics, aeroespacials, de maquinària d'alt rendiment, peces dús final robustes i prototips funcionals de llarga vida útil.
Resines flexibles, elàstiques i de silicona
La família de les resines flexibles cobreix el buit de les peces toves i deformables amb un acabat suau i una bona precisió. Són l'equivalent líquid als filaments flexibles, però amb molt més detall i control geomètric.
Les resines Flexible i Elastic imiten el comportament de la goma, del TPU o de la silicona. Poden suportar esforços de flexió i compressió repetits sense trencar-se durant diversos cicles. Són ideals per prototips de productes de consum, components flexibles per a robòtica, models anatòmics i atrezzo per a efectes especials.
La Silicone 40A Resin va un pas més enllà, sent un material d'impressió 3D de silicona 100% real. Ofereix les mateixes propietats que la silicona fosa tradicional: elasticitat controlada, biocompatibilitat en alguns casos i excel·lent resistència a la fatiga. S'utilitza per a prototips funcionals, petites sèries de peces de silicona, productes sanitaris personalitzats, fixacions i eines d'emmascarat, així com motlles suaus per a fosa de uretans o resines.
Resines especials: mèdiques, dentals, joieria, ESD i retardants de flama
En aplicacions professionals apareixen resines molt específiques, adaptades a normatives i necessitats de sectors concrets com ara la medicina, l'odontologia, la joieria o l'electrònica.
Les resines mèdiques i odontològiques formen una àmplia gamma de materials biocompatibles dissenyats per fabricar aparells mèdics i dentals: guies quirúrgiques, fèrules, pròtesis dentals i altres pròtesis personalitzades. Compleixen normatives de contacte amb el cos humà i poden esterilitzar-se, cosa que obre la porta a solucions a mida a quiròfan i gabinet dental.
Les resines per a joieria estan pensades per a la fosa a la cera perduda i l'emmotllament de cautxú vulcanitzat. Es cremen de forma neta, amb alta precisió de detall i manteniment de la forma, permetent fabricar motlles mestres, peces de prova i joieria personalitzada sense recórrer a models tallats a mà.
La ESD Resin és un material antiestàtic desenvolupat per millorar processos de fabricació electrònica. Permet imprimir utillatge, fixacions, safates a mida i prototips o components finals on és crític evitar descàrregues electrostàtiques que facin malbé circuits.
La Resina ignífuga és una resina ignífuga, resistent a la calor ia la deformació per fluència, indicada per a entorns industrials i interiors amb altes temperatures o possibles fonts d'ignició. S'empra a peces interiors d'avions, automòbils i trens, fixacions personalitzades, components protectors i interns d'aparells electrònics o metges.
Resines ceràmiques i per a fosa metàl·lica
A més de plàstics i resines convencionals, algunes tecnologies admeten materials avançats com ceràmiques tècniques o resines específiques per a patrons de fosa.
La Alumina 4N Resin és una resina ceràmica amb un 99,99% d'al·lúmina pura. Després d'un procés de sinteritzat, s'obtenen peces amb propietats tèrmiques, mecàniques i de conductivitat excel·lents, ideals per a aïllament tèrmic, eines de treball intensiu i components exposats a químics agressius i al desgast.
La Clear Cast Resin està dissenyada per a patrons de fosa a la cera perduda industrial. Ofereix un cremat net, baixa expansió tèrmica i alta precisió. S'utilitza per a produir en planta patrons destinats a peces metàl·liques d'ús final, sobretot quan es necessita un alt detall i control dimensional.
Metalls i processos tipus ADAM/MIM
La fabricació additiva per difusió atòmica (ADAM) s'inspira en l'emmotllament per injecció de metalls (MIM). S'imprimeix un filament compost per un aglutinant plàstic carregat amb pols metàl·lica mitjançant un procés very similar a la FFF. Després, la peça se sotmet a un rentat per eliminar l'aglutinant i un sinteritzat, fins a obtenir una peça totalment metàl·lica.
Aquestes peces metàl·liques conserven certes limitacions geomètriques típiques de la FFF (com gruixos mínims o suports necessaris), però ofereixen tots els avantatges del metall: alta resistència mecànica, duresa, conductivitat i comportament tèrmic propi d'aliatges d'ús industrial.
Altres materials avançats: grafit, grafè i compostos de fibra de carboni
Més enllà de plàstics, resines i metalls comuns, la investigació en impressió 3D explora materials com el grafit i el grafè, que destaquen per la seva gran conductivitat elèctrica, elevada resistència i lleugeresa. El grafè, en particular, es pot utilitzar en electrònica, sensors i fins i tot il·luminació LED per reduir costos i millorar prestacions.
La fibra de carboni com a reforç és un dels grans aliats de la manufactura additiva: en combinar filaments com ara PLA, ABS, PETG o niló amb fibres de carboni, s'aconsegueixen compostos molt rígids i lleugers, capaços de suportar amplis rangs de càrrega i condicions exigents. Aquests materials són perfectes per aplicacions estructurals on abans s'utilitzava metall, aconseguint estalvi de pes i simplificació de disseny.
Usos destacats de la impressió 3D segons el material
La diversitat de materials fa que la impressió 3D s'hagi colat pràcticament en tots els sectors. Cada tipus de material obre la porta a aplicacions molt concretes que es beneficien de les propietats.
En fabricació de prototips, els plàstics bàsics (PLA, ABS, PETG) i les resines estàndard permeten crear maquetes, prototips estètics, ajuts visuals i models funcionals en poc temps, a baix cost i amb possibilitat d'iterar ràpidament el disseny.
En aeronàutica i automoció, els superplàstics, les resines tècniques d'alta temperatura, els compostos amb fibra de carboni i les peces metàl·liques sinteritzades s'usen per a utillatge, suports, conductes de fluids, carcasses internes i prototips de peces estructurals, aprofitant la seva resistència i lleugeresa.
En arquitectura i construcció, s'han desenvolupat sistemes capaços d'imprimir habitatges i refugis d'emergència, utilitzant morters especials i barreges cimentícies adequades per a la deposició per capes, encara que aquest és un altre gran capítol dins de la impressió 3D.
En medicina i odontologia, les resines biocompatibles permeten fabricar guies quirúrgiques personalitzades, fèrules, models anatòmics i pròtesis a mida. També s'han imprès les pròtesis d'extremitats, els implants personalitzats i els dispositius que milloren l'osteointegració controlant la porositat.
Altres camps com la educació, música, gastronomia o art es beneficien de materials específics: s'imprimeixen maquetes arquitectòniques, instruments musicals (violins, flautes, banjos), peces comestibles (gelats, masses, hamburgueses) i escultures amb materials d'acabat especial.
Conèixer les característiques de cada material —des dels filaments bàsics PLA, ABS i PETG fins a les resines tècniques, superplàstics, compostos reforçats i metalls— és la clau per decidir què imprimir, com fer-ho i amb quin cost i fiabilitat. Escollir bé el material permet que la impressió 3D deixi de ser només una curiositat i es converteixi en una eina potent per dissenyar, prototipar i fabricar solucions reals a pràcticament qualsevol sector.
