¡Prusament apunta a la última frontera! Lanzamos el PC Space Grade Black – un material desarrollado para lasindustria espacial y aplicaciones de la física de partículas. Sus principales ventajas son sus propiedades ESD seguras y su muy baja desgasificación. Además, su precio asequible y La facilidad para imprimir en impresoras de escritorio comunes lo convierte en algo único en esta industria. Gracias a sus excelentes propiedades ESD y su compatibilidad con impresoras 3D de escritorio, es adecuado no solo para piezas expuestas al espacio exterior, sino también para proyectos personales avanzados, como carcasas para dispositivos electrónicos y mucho más. Echemos un vistazo más de cerca a las propiedades de este material revolucionario.

Material de alta gama al alcance de todos.

Nuestro objetivo era crear un material profesional, pero asequible, que facilitara la creación de prototipos y la fabricación de componentes espaciales. Hasta ahora, solo materiales costosos como el PEEK, el PEKK y el PEI con propiedades ESD seguras eran adecuados para este campo. Todos estos materiales requieren impresoras industriales muy caras. El Prusament PC Space Grade Black se puede imprimir en la mayoría de las impresoras 3D Prusa, lo que reduce significativamente el precio final de los componentes fabricados y aumenta considerablemente la accesibilidad para todos.

Prusa CORE One con Prusament PC Space Grade Black

Requisitos para aplicaciones espaciales

Para poder utilizarse en el espacio, los materiales deben tener una serie de propiedades específicas que les permitan soportar las duras condiciones ambientales. Algunas de estas propiedades son relativamente fáciles de conseguir (resistencia térmica y mecánica), mientras que otras son más difíciles (propiedades de desgasificación y protección contra descargas electrostáticas). Estas propiedades se prueban en laboratorios certificados (ESA, CERN…) y, a continuación, el material se clasifica para campos de aplicación más específicos en función de los resultados.

Para el Prusament PC Space Grade Black, nuestro objetivo es conseguir la máxima clasificación para los polímeros, lo que permitiría utilizar el material en componentes estructurales, tales como chasis de CubeSat. Aún quedan algunos pasos por dar antes de llegar a ese punto, ya que todavía estamos esperando varios resultados de pruebas. Sin embargo, ya hemos superado los hitos más difíciles y ahora podemos afirmar que nuestro material ya es adecuado para aplicaciones espaciales menos exigentes. Esto incluye componentes sometidos a niveles de estrés más bajos, como carcasas electrónicas, soportes para cables y otros. Echemos un vistazo a los resultados que ya podemos ofrecer.

Una de las aplicaciones espaciales menos exigentes: Prusament PC Space Grade Black se utilizó como un tope o «endstop» de un desplegador de cubesats diseñado por TRL Space.

Desgasificación

Sin duda, el mayor logro es el nivel de desgasificación. En general, bajo vacío se liberan diversos monómeros residuales o productos de degradación de los polímeros. Esto puede afectar, o incluso dañar, los componentes electrónicos utilizados en el satélite (o cualquier otra maquinaria de precisión). Los gases liberados pueden contaminar los dispositivos ópticos o provocar mediciones inexactas de los sensores de precisión. Y, por último, la propia liberación de gases puede reducir las propiedades físicas y mecánicas del material.

La fabricación de polímeros termoplásticos con bajos niveles de desgasificación es un gran reto, y normalmente se consigue con materiales de grado industrial caros, como el PEKK y el PEEK. Pudimos cumplir los estrictos requisitos definidos por la Agencia Espacial Europea utilizando PC (policarbonato), un material relativamente barato, común y fácil de imprimir.

La prueba de desgasificación se realizó en muestras impresas en 3D en un laboratorio afiliado a la ESA. A continuación, detallamos los resultados, pero puedes descargar el informe completo aquí.

Valores de desgasificación medidos y métodos utilizados:

TML (Total Mass Loss): Se pesa una muestra, se expone a una temperatura específica bajo alto vacío y luego se vuelve a pesar. La pérdida de masa se representa como un porcentaje. El límite de la ESA es del 1 %; Prusament PC Space Grade Black alcanzó un 0.25%.

CVCM (Collected Volatile Condensable Material): La cantidad de compuestos orgánicos liberados por el material a una temperatura constante específica en vacío, que es recogida por el dispositivo de medición. El límite establecido por la ESA es inferior al 0.1%; el Prusament PC Space Grade Black alcanzó un 0.00% perfecto.

RML (Recovered Mass Loss): La pérdida de masa total sin agua absorbida. En primer lugar, se pesa la muestra y, a continuación, se expone a una temperatura específica en vacío durante un tiempo determinado. Después, se expone a temperatura ambiente (22 ± 3 °C) y a una humedad relativa del 65 %. Por último, se vuelve a pesar y se calcula la pérdida de masa final en %. El límite máximo establecido por la ESA es del 1.0%; el Prusament PC Space Grade Black alcanzó un 0.12%.

Prototipos de estructuras CubeSat diseñados e impresos en 3D por TRL Space.

Propiedades de disipación electrostática (ESD)

Otra característica necesaria para su uso en componentes espaciales es la disipación electrostática. Esta cualidad es importante no solo para los ingenieros espaciales, sino también para cualquiera que trabaje con dispositivos electrónicos.

Los polímeros más utilizados se pueden dividir en tres grupos según su conductividad: aislantes, materiales disipativos y materiales conductivos. La mayoría de los materiales utilizados en la impresión 3D FFF/FDM tienen propiedades aislantes. Estos materiales no son adecuados para imprimir piezas que entran en contacto directo con componentes electrónicos, ya que no son capaces de disipar las descargas electrostáticas.

Sin embargo, la resistividad del material puede reducirse con diversos aditivos. Estos filamentos modificados se vuelven disipativos y se pueden encontrar en el mercado con la etiqueta „ESD-safe“. La resistencia medida de los materiales disipativos oscila entre 10⁴ and 10¹¹ ohmios. Cualquier material con una resistencia superior se considera aislante, y cualquier material con valores inferiores se considera conductor.

Hemos medido tanto el volumen como la resistividad superficial de muestras impresas en 3D a partir de Prusament PC Space Grade Black, y los resultados confirmaron la naturaleza altamente disipativa del material. La resistividad volumétrica se midió a 2.2×10⁴ Ω⋅m, mientras que la resistividad superficial era 6×10⁷ Ω/sq. Estos valores excepcionales se obtuvieron directamente de las muestras impresas en 3D, sin ningún tipo de posprocesamiento, como recocido o lijado, lo que demuestra el rendimiento inherente y constante del filamento en materia de ESD. Esto demuestra que las piezas se pueden imprimir y poner en uso inmediatamente para una amplia gama de aplicaciones que requieren una disipación electrostática fiable.

Prototipo de lanzador CubeSat fabricado por TRL Space con componentes Prusament PC Space Grade

Propiedades mecánicas

Al inicio de nuestro proyecto conjunto con TRL Space, realizamos una simulación mediante el Método de Elementos Finitos para el diseño de un CubeSat de una sola unidad y establecimos los valores mínimos requeridos para las propiedades mecánicas que debían superar las piezas impresas en 3D. Estos valores mínimos eran 70 MPa para la resistencia a la tracción, 2 GPa para el módulo de elasticidad, 10 MPa para la adhesión entre capas y 100 °C para la temperatura de deflexión térmica (HDT).

Nos complace informar que el Prusament PC Space Grade Black superó con éxito estos criterios al alcanzar:

• Resistencia a la tracción: 75 MPa
• Módulo de elasticidad: 3.7 GPa
• Adhesión entre capas: 18 MPa
• HDT: 137.6 °C a una carga de 0.45 MPa

El hecho de superar estos valores (junto con las propiedades de desgasificación y ESD) convierte al filamento en un candidato ideal como material asequible adecuado para la futura producción de CubeSat. En la ficha técnica se puede encontrar más información sobre las propiedades mecánicas.

Precio, peso y color

Los aditivos de carbono del interior del filamento le confieren un color negro específico con un acabado satinado. La estructura superficial del objeto impreso puede parecerse ligeramente a la de otros filamentos con relleno de carbono, como el Prusament PC Blend Carbon Fiber.

Puedes conseguir la bobina de 850 gr por 229 USD / 249 € (IVA incl.)

Propiedades de impresión

El Prusament PC Space Grade Black se puede imprimir en impresoras 3D de escritorio comunes, al igual que los policarbonatos normales. El filamento presenta poca o ninguna deformación. Se pueden imprimir sin problemas modelos de hasta 200x200mm en impresoras 3D Prusa.

• Perfiles de impresoras 3D compatibles: Prusa CORE One, MK4S, XL, Prusa Pro HT90 (3rd party 3D printers may be used as well)
• Temperatura de la boquilla/base: 290 / 120 °C
• Boquilla: Endurecida de 0.4mm o mayor
• Láminas de impresión recomendadas: Satinada, Texturizada, PP
• Cerramiento: No necesario

Recomendamos secar el filamento antes de imprimir (6 h a 60 °C) y mantenerlo en una drybox durante la impresión para obtener los mejores resultados. Secar Prusament PC Space Grade Black ofrece una precisión dimensional excepcional y las mejores propiedades mecánicas y de desgasificación.

Ejemplos de impresiones

CubeSat 1u (Componente utilizable en el espacio)	4.7L Mini ITX case de eCrowne (Ejemplo de un componente seguro contra descargas electrostáticas (ESD))
Falcon 9 grid fin coaster de Sebastián Alejandro (Modelo estético con temática espacial)	Engine Block V6 de Prusa Research (Otro ejemplo más de una impresión 3D con un aspecto excelente)

Proceso rastreable

Ofrecemos otra ventaja significativa: Todo el proceso de fabricación del componente es trazable de principio a fin. En primer lugar, Proporcionamos datos de fabricación de filamentos para todas las bobinas Prusament, incluyendo la consistencia del diámetro, el peso, la longitud, la ovalidad y la desviación estándar. En segundo lugar, puede realizar un seguimiento del progreso de su impresión 3D, incluyendo la telemetría, a través de Prusa Connect.

Pero eso no es todo. Con un poco de suerte, conseguiremos resultados lo suficientemente buenos como para clasificar el Prusament PC Space Grade Black para la categoría más alta de polímeros utilizados en aplicaciones espaciales. Por último, cabe mencionar que creemos tanto en este Prusament que es nuestro primer filamento para el que hemos presentado una solicitud de patente.

Además, si tiene alguna idea para colaborar en relación con Prusament PC Space Grade Black, ponte en contacto con nosotros en [email protected]. Estaremos encantados de participar en cualquier proyecto relacionado con el espacio.

¿Te gusta nuestro nuevo Prusament? Cuéntanoslo en los comentarios.

¡Felices impresiones!