El PVA en la impresión 3D, ¡todo lo que debes saber sobre este filamento soluble!

El PVA, o alcohol polivinílico, es un material muy utilizado en la industria de impresión 3D debido a su habilidad de disolverse en el agua. En concreto se utiliza para la creación de soportes de impresión mediante máquinas FDM de doble extrusión. Esto ofrece a los usuarios una mayor libertad de diseño para piezas con geometrías complejas, sin afectar a la calidad de impresión. Cuantos más detalles y partes en voladizo tenga el diseño, más soportes requerirá la pieza para poder ser fabricada. Con esta guía podrás entender mejor cuáles son las propiedades de este material, así como su papel en la impresión 3D para obtener los mejores resultados en cada proceso de fabricación.

Propiedades y características del PVA

El PVA es un termoplástico y técnicamente pertenece a la familia de los polímeros sintéticos, pero es biodegradable. El PVA es un polvo blanquecino a amarillento e inodoro que se produce por saponificación alcalina (hidrólisis) del acetato de polivinilo (PVAC). La hidrólisis implica la división de un compuesto químico por reacción con el agua. El PVA es formador de capas, adhesivo, respetuoso con el medio ambiente y soluble en agua. Se conoce en la vida cotidiana principalmente como el plástico que rodea las pestañas del lavavajillas y que se disuelve en agua junto con el polvo. Tiene un alargamiento a la tracción del 360% y una resistencia a la tracción de 22MPa. Dependiendo de la humedad, el PVA también puede volverse muy flexible y elástico, porque el agua es como un plastificante para el PVA. El PVA, que en realidad es quebradizo, frágil y tiene una gran resistencia a la tracción, se vuelve cada vez más elástico cuando se le añade humedad del aire o agua y se disuelve completamente en agua.

El PVA es un material soluble que se utiliza como soportes de impresión. | Créditos: Ultimaker

Por lo demás, tiene un aspecto entre transparente y color crema y es muy resistente a aceites y grasas. Es fácil de procesar en impresión 3D porque, entre otras cosas, no es tóxico y de hecho es inodoro, aunque puede surgir un ligero olor durante la impresión. Para su uso en la fabricación aditiva, sin embargo, es importante tener en cuenta el punto de fusión de 230°C y, sobre todo, la temperatura de degeneración de 200°C. Esto se debe a que el PVA comienza a degenerar a esta temperatura. A esta temperatura, el PVA empieza a carbonizarse, lo que puede provocar manchas negras en el objeto impreso.

Impresión 3D con PVA

Una de las principales ventajas del PVA, como ya se ha señalado, es su capacidad de disolución. Cabe destacar que sólo se necesita agua para eliminar este material de soporte, es decir, no se requieren disolventes con componentes más complejos. En consecuencia, el PVA como filamento es particularmente popular como material de soporte de impresión y se pueden obtener buenos resultados con formas complicadas en las que no es posible llegar manualmente a las estructuras de soporte (interiores, cavidades, etc.). Sin embargo, para obtener un resultado satisfactorio, hay que tener en cuenta algunos parámetros. En primer lugar, el filamento de PVA debe almacenarse siempre en un lugar fresco, protegido de la luz y el polvo. La temperatura óptima de almacenamiento es de 15-25°C, alejado de la luz solar. Si el material ya ha absorbido humedad, es necesario secarlo durante unas 8-12 horas a 50-80°C antes de imprimir con él.

En el postprocesado, las estructuras de PVA simplemente se disuelven en el agua (Créditos: MatterHackers).

La temperatura de impresión ideal se sitúa entre 180 y 225°C, siendo preferible el rango inferior, ya que la temperatura de impresión está muy próxima a la temperatura de degeneración mencionada anteriormente. Para obtener buenos resultados, lo mejor es combinar PVA con materiales que tengan un punto de fusión similar, por ejemplo PLA o también PA. La combinación de PLA y PVA en máquinas de doble extrusión FDM es especialmente adecuada, ya que se pueden programar los mismos ajustes de impresión para ambos filamentos. La cama de calentamiento debe tener una temperatura de 60 a un máximo de 90°C cuando se imprime, pero la temperatura debe tender a estar en el rango inferior de nuevo. Un punto importante a tener en cuenta cuando se trabaja con PVA es la configuración del extrusor. Enfriar el extremo caliente del PVA mientras está en reposo evita el goteo y la obstrucción. También se recomienda ajustar la distancia del soporte superior a 0 capas para conseguir una superficie más óptima.

Como los soportes se disuelven, no importa si se adhieren a la pieza acabada durante el proceso de fabricación. Los resultados más agradables y los objetos más lisos se consiguen cuando el material está fresco y se ha almacenado constantemente en seco. En cuanto el PVA ha absorbido demasiada humedad, esto ya se hace evidente durante la impresión a través de ruidos sibilantes y en el objeto final a través de torceduras, hilos, agujeros, burbujas y subextrusión. A diferencia del almacenamiento de PVA, el postprocesado es extremadamente sencillo. Basta con colocar el objeto impreso en un baño de agua y esperar 1-2 horas hasta que el material de soporte se haya disuelto. El agua debe estar a la temperatura del baño y después puede tirarse por el desagüe, ya que el PVA es biodegradable.

Aplicaciones del material

El PVA permite imprimir en 3D todo tipo de piezas, independientemente de la complejidad del diseño, y es un material muy utilizado en el mundo del arte para realizar modelos decorativos. Sin embargo, también es muy popular en otros sectores. Como material soluble, el PVA es ideal como aditivo para fabricar cualquier objeto con geometrías complejas, así como cavidades internas, modelos conceptuales y moldes. Las fijaciones impresas en 3D ofrecen una mejor calidad superficial y también permiten alinear la pieza hecha mediante impresión 3D para optimizar sus propiedades mecánicas. Por ello, las industrias más avanzadas que utilizan la tecnología FDM para producir herramientas o prototipos también están empleando materiales solubles para fabricar soportes.

Fabricantes y precio

El filamento de PVA está disponible en el mercado en grosores estándar de 1,75 y 2,85 mm. Al comprarlo, debes asegurarte de qué grosor corresponde al diámetro del hotend de tu propia impresora. Por regla general, puede conseguir bobinas de filamento de 500 gramos de material a un precio de entre 20 y 70 euros. Sin embargo, los precios varían en función del fabricante. Entre las empresas que ofrecen filamentos de PVA se encuentran Ultimaker, eSun, Formfutura, XYZprinting, BCN3D, PrimaCreator, MatterHackers, Polymaker, Makerbot y muchas más. Como el PVA es mucho más caro que el PLA, puedes utilizar una simple punta de impresión. Muchas cortadoras, como Slic3r Pursa Edition, ofrecen la opción de imprimir la pieza directamente debajo del objeto de impresión («capa de interfaz») en PVA, pero el resto de la estructura de soporte con el PLA, más barato. De este modo, se puede ahorrar PVA y, por tanto, costes.

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*Créditos foto de portada: Zortrax