tecnología de impresión 3D es una tecnología de fabricación revolucionaria que anula los métodos de fabricación tradicionales. Es una tecnología de fabricación revolucionaria¨, también conocida como “fabricación aditiva“. Este artículo se centra en varios aspectos de Materiales de impresión 3D e investigación en el desarrollo de materiales y tecnologías de impresión 3D.
Principios de la impresión 3D
Los principios básicos de la impresión 3D son: estratificación digital Laminación. Laminación física, donde primero se crea un modelo digital del objeto a imprimir y se realiza la estratificación digital para obtener una ruta o pista de procesamiento bidimensional para cada capa. Luego, se selecciona un material adecuado y se aplica el proceso correspondiente a cada capa. Luego, se selecciona un material adecuado y el proceso correspondiente, y el objeto impreso se imprime capa por capa, impulsado por la ruta digital bidimensional capa por capa mencionada anteriormente. El objeto final se produce acumulativamente.
Con su alta flexibilidad de procesamiento y su rápida respuesta al mercado, la tecnología de impresión 3D está bien establecida en los campos de modelado industrial, embalaje, fabricación, arquitectura, arte, medicina, aviación, aeroespacial y cine.
Actualmente, existen cerca de 20 sistemas de proceso diferentes en el campo de la impresión 3D, de los cuales los seis procesos más típicos y maduros son Aparato de litografía estereoscópica (SLA), Fabricación de objetos laminados (LOM), Modelado por deposición fundida, FDM, Sinterización selectiva por láser, SLS. , Fusión Selectiva por Láser, SLM), e Impresión y Encolado Tridimensional, 3DP.
Aunque los principios de estos seis procesos de impresión 3D son los mismos, sus respectivas características y aplicaciones específicas difieren debido a los diferentes materiales de impresión utilizados. Los materiales de impresión son actualmente un tema candente de investigación en la impresión 3D. y es un cuello de botella en el desarrollo y la aplicación de procesos de impresión 3D. El documento también destaca que los materiales de impresión son un cuello de botella en el desarrollo y la aplicación de procesos de impresión 3D.
Tecnologías y materiales de impresión 3D
ANS
El proceso SLA fue patentado en los EE. UU. por Charles Hull en 1984 y comercializado por 3D Systems, y ahora es reconocido como uno de los métodos de impresión 3D mejor investigados y más utilizados en el mundo.
Los materiales actualmente disponibles para este proceso son principalmente resinas líquidas sensibles a la luz, es decir, resinas fotosensibles. Este tipo de material de resina fotosensible incluye principalmente zwitterion, diluyente reactivo e iniciador.
LOM
Michael Feygin introdujo el proceso LOM en 1984, que generalmente es más adecuado que SLA para fabricar piezas grandes, especialmente para la industria automotriz, y ahora se usa con más frecuencia en la impresión 3D china en el sector industrial.
El material de impresión en el proceso LOM involucra tres aspectos, a saber, el material de capa delgada, el aglutinante y el proceso de recubrimiento. El material de capa delgada se puede dividir en papel, película plástica, lámina metálica, etc., actualmente en su mayoría papel económico; y el aglutinante es generalmente un adhesivo de fusión en caliente. La selección del material del papel, la configuración del adhesivo termofusible y el proceso de recubrimiento se basan en garantizar la calidad de la pieza prototipo final, teniendo en cuenta el costo.
FDM
El proceso FDM es el más utilizado con el sistema de fabricación FDM desarrollado por la empresa estadounidense Stratasys.
Los materiales actualmente disponibles para este proceso son principalmente materiales de bajo punto de fusión que son fáciles de fundir. El proceso general es que el material filamentoso se alimenta a través de los rodillos de alimentación al El proceso general es que el material filamentoso se calienta en la cavidad de la boquilla mediante un rodillo de alimentación.
SLS
El proceso SLS, también conocido como proceso de sinterización láser de área seleccionada, fue desarrollado por Dechard en la Universidad de Texas en Orting en 1989. Basado en este material, el sistema de proceso DMLS de sinterización directa de metal por láser también se introdujo en la misma categoría que el proceso SLS.
En cuanto a la forma, los materiales utilizados en el proceso SLS son varios tipos de polvo, como polvo de nailon, polvo de vidrio revestido de nailon, polvo de policarbonato, polvo de poliamida, polvo de cera, polvo metálico (a menudo sujeto a resinterización y cobreado después de impresión), arena fina recubierta con resina termoendurecible, polvo cerámico recubierto de cera y metal recubierto de cera
En términos de materiales, el proceso SLS no solo es capaz de formar materiales de bajo punto de fusión, como parafina y plásticos, sino que también puede formar directamente metales, incluido el acero inoxidable, e incluso materiales de alto punto de fusión, como la cerámica. El proceso SLS no solo es capaz de formar materiales de bajo punto de fusión, como parafina y plásticos, sino también metales, incluido el acero inoxidable, e incluso materiales de alto punto de fusión, como la cerámica. La capacidad de imprimir piezas o componentes de alta resistencia y dureza a partir de materiales metálicos o cerámicos es una de las razones por las que el proceso SLS está ganando terreno en la industria. Esta es la razón principal por la que el proceso SLS está ganando tanta atención y tiene las aplicaciones más prometedoras de la industria. La razón principal por la que el proceso SLS ha ganado tanta atención y tiene las aplicaciones más prometedoras.
SLM
En respuesta a las desventajas anteriores del proceso SLS, el Instituto Fraunholfer de Alemania En 1995, el Instituto Fraunholfer propuso la tecnología SLM, que también utiliza el principio de apilamiento más discreto. Este proceso no solo tiene las ventajas de SLS, sino que también tiene una alta densidad de metal formado y buenas propiedades mecánicas. El proceso no solo tiene las ventajas de SLS, sino que también tiene una alta densidad de metal formado y buenas propiedades mecánicas. Ha supuesto una revolución en la fabricación de piezas metálicas complejas.
La gama de materiales SLM incluye aleaciones con base de hierro, aleaciones con base de níquel, aleaciones de aluminio y aleaciones de titanio.
Las aleaciones a base de hierro tienen un papel importante en la ingeniería y, por lo tanto, el estudio de la formación SLM de hierro de polvos a base de Fe ha sido el más estudiado e intensamente.
3dp
La tecnología y el equipo 3DP fue desarrollado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en los EE. UU., utilizando principalmente materiales en polvo como cerámica, metal y polvos plásticos, que se rocían a través de una boquilla con un adhesivo para "imprimir" la sección transversal de la pieza sobre el material.
Estos polvos se rocían con una boquilla que “imprime” la sección de la pieza sobre el material en polvo. El proceso de impresión es similar a la impresión a color en papel y se puede lograr configurando un sistema de boquillas y aglutinante de tres colores para una impresión tridimensional colorida. La impresión 3D de artefactos cerámicos ya ha encontrado muchas aplicaciones. Este proceso es uno de los procesos de impresión 3D más prometedores después de SLA, LOM, SLS y FDM, ya que se utiliza cada vez más para construir estructuras de ingeniería de tejidos biológicos¨”.
Actualmente, se utilizan seis procesos de impresión 3D dentro del campo de la impresión 3D. Los materiales de impresión que se utilizan ampliamente en el sistema contienen cuatro tipos principales en términos de forma. materiales de resina fotosensible líquida, materiales delgados (papel, película plástica), filamentos de bajo punto de fusión y materiales en polvo; en cuanto a la composición, abarcan casi todos los tipos de materiales utilizados actualmente en la producción La composición abarca casi todos los tipos de materiales utilizados en la producción, incluidos plásticos, resinas, ceras y otros polímeros, metales y aleaciones, cerámica, etc. Metales y aleaciones, cerámica, etc
A partir de las características de la impresión 3D, combinadas con diversos requisitos de aplicación, el desarrollo de nuevos materiales de impresión, especialmente nanomateriales, materiales no homogéneos, materiales compuestos que son difíciles de producir por otros métodos, impresión directa para producir piezas metálicas de alta densidad de los materiales de aleación, los materiales de gradiente funcional, los materiales biológicos, etc. serán la dirección de desarrollo de los materiales de impresión 3D para mejorar continuamente la calidad; Además, para promover la serialización de materiales de impresión 3D, estandarización, Además, para promover la serialización, estandarización, protección ecológica y ambiental de materiales de impresión 3D, y con el concepto de "impresión 3D +", para expandir continuamente el en -La integración profunda de la tecnología de impresión 3D con las industrias de fabricación tradicionales será La dirección de desarrollo para la expansión continua de la producción de materiales de impresión 3D.
Preguntas frecuentes adicionales: Tecnología y materiales de impresión 3D
1) ¿Qué proceso de impresión 3D debería elegir para piezas metálicas funcionales?
- Fusión selectiva por láser (SLM) o fusión por haz de electrones (EBM) para piezas de alta resistencia y densidad casi total en Ti-6Al-4V, IN718 y AlSi10Mg. Los procesos SLS/DMLS pueden utilizarse para determinados compuestos de metal y polímero o para piezas en bruto que posteriormente se sinterizan.
2) ¿Cuál es la diferencia práctica entre SLS y SLM?
- El proceso SLS suele sinterizar sin llegar a fundir completamente el material, lo que permite utilizar polímeros y algunas mezclas de metal y aglutinante; el proceso SLM funde completamente el polvo metálico para conseguir una mayor densidad y unas propiedades mecánicas comparables a las del metal forjado tras el posprocesamiento.
3) ¿Cómo puedo comparar los materiales para los procesos FDM, SLA y SLS?
- FDM: termoplásticos (PLA, ABS, PC, PA-CF) con buena tenacidad y grados resistentes al calor; SLA: fotopolímeros con excelente resolución y acabado superficial, pero sensibles a los rayos UV y a la fluencia; SLS: nailon (PA11/PA12), TPU y PA reforzado para piezas resistentes, de características isotrópicas, sin soportes.
4) ¿Qué pasos de posprocesamiento mejoran más el rendimiento?
- Para metales: tratamiento térmico, HIP, mecanizado, granallado, acabado superficial, recubrimientos. Para polímeros/resinas: recocido térmico, poscurado con rayos UV (SLA/DLP), chorro de arena, teñido, infiltración/sellado.
5) ¿Cómo deben almacenarse los polvos y las resinas para garantizar su calidad?
- Mantenga los polvos secos e inertes (≤25% de humedad relativa), realice un seguimiento de los ciclos de reutilización y tamícelos entre cada impresión; almacene las resinas en recipientes opacos a la temperatura recomendada, evite la exposición a la humedad y siga los procedimientos de trazabilidad de lotes según las normas ISO/ASTM 52907/52931.
Tendencias del sector para 2025: tecnología y materiales de impresión 3D
- Metales a gran escala: mayor producción en serie mediante SLM/EBM con pasaportes digitales de materiales que vinculan los lotes de polvo con el control durante el proceso.
- Polímeros de alta temperatura: PEKK/PEEK, PPSU y nuevos materiales ignífugos para interiores de aplicaciones aeroespaciales y ferroviarias.
- Cobre y aluminio: La mejora de la absorbancia láser amplía las posibilidades de la tecnología LPBF para el CuCr1Zr y el aluminio modificado con Sc en la gestión térmica.
- Crecimiento del sector cerámico: aumento de la producción de cerámicas DLP/SLA (alúmina/circonia) para herramientas dentales y de semiconductores.
- Sostenibilidad: En las solicitudes de presupuesto se exigen cada vez más la reutilización de polvo y polímeros en circuito cerrado y las declaraciones ambientales de producto (EPD).
Panorama general de 2025: Parámetros de referencia de procesos y materiales (orientativos)
| Proceso | Materiales representativos | Indicador clave para 2025 (posprocesado cuando proceda) | 2023 | 2024 | 2025, acumulado hasta la fecha |
|---|---|---|---|---|---|
| Metales producidos mediante SLM/LPBF | Ti-6Al-4V, IN718, AlSi10Mg, CuCr1Zr | Densidad relativa (%) | 99.5–99.8 | 99.6–99.9 | 99,7–~100 |
| Metales producidos mediante SLM/LPBF | Ti-6Al-4V | Límite de fatiga HCF (MPa, pulido, R=0,1) | 380–430 | 420–470 | 450–500 |
| Polímeros SLS | PA12, PA11, TPU | Contenido reciclado en los lotes de producción (%) | 30–40 | 40–50 | 45–60 |
| Resinas SLA/DLP | Resistente / Para altas temperaturas / Con relleno cerámico | Resolución en las coordenadas XY (µm) | 80–120 | 70–100 | 50–80 |
| FDM/FFF | PEKK/PEEK, CF-PA, PC | HDT a 0,45 MPa (°C) | 150–160 | 160–170 | 165–180 |
Fuentes:
- Normas ISO/ASTM 52900/52904/52907/52931: https://www.iso.org
- ASTM F2924 (Ti-6Al-4V), F3055 (IN718), F3301/F3302 Práctica de fabricación aditiva: https://www.astm.org
- NIST AM-Bench y recursos de metrología: https://www.nist.gov/ambench
- Especificaciones SAE/AMS para materiales y procesos de fabricación aditiva: https://www.sae.org
Casos de investigación más recientes
Caso práctico 1: Ampliación de los disipadores térmicos de cobre LPBF para la electrónica de potencia (2025)
Antecedentes: Un fabricante de equipos originales (OEM) del sector de la electrónica necesitaba disipadores térmicos con un mayor rendimiento térmico para inversores de SiC.
Solución: Se adoptó el LPBF CuCr1Zr con láseres de alta absorbancia; se optimizaron las aletas de la red cristalina y se aplicó un tratamiento posterior al HIP + envejecimiento; se introdujo un pasaporte digital del material que vincula los parámetros O/N/H del polvo con la monitorización del baño de fusión.
Resultados: Resistencia térmica −18% frente a la referencia mecanizada; rendimiento en la primera pasada +12%; porosidad <0,1% (TC); conductividad 85–90% IACS tras el tratamiento térmico.
Caso práctico 2: Estructuras dentales de circonio DLP con ciclos de sinterización más rápidos (2024)
Antecedentes: Un laboratorio dental buscaba reducir los plazos de entrega sin renunciar a la translucidez ni a la resistencia.
Solución: Se pasó a utilizar una suspensión DLP con alta concentración de sólidos y se redujo el proceso de sinterización a dos etapas con rampa y tiempo de mantenimiento controlados; se implantó un sistema de control en línea de la viscosidad y los sólidos.
Resultados: Resistencia a la flexión biaxial +8% (hasta ~950 MPa); se mantiene la translucidez; rendimiento +25% sin aumento de los desechos.
Opiniones de expertos
- Prof. Amy J. Clarke, catedrática de Metalurgia de la Escuela de Minas de Colorado
- “Los pasaportes digitales que vinculan el historial del polvo y las firmas in situ con las propiedades están acelerando la homologación de piezas fabricadas mediante fabricación aditiva (AM) que son críticas para la seguridad”.”
- Dr. Brandon A. Lane, metrólogo especializado en fabricación aditiva, NIST
- “La monitorización por capas ahora detecta de forma fiable los indicios de porosidad, lo que permite adoptar medidas correctivas que reducen la dispersión de las propiedades del material”.”
- Dra. Martina Zimmermann, directora de Materiales para Fabricación Aditiva, Sandvik Additive Manufacturing
- “Los avances en la capacidad de absorción del aluminio y el cobre están haciendo posibles diseños de gestión térmica que hace dos años resultaban inviables”.”
Herramientas y recursos prácticos
- Biblioteca de normas ISO/ASTM AM (diseño, procesos, materiales): https://www.iso.org
- Especificaciones de materiales y métodos de ensayo de la norma ASTM AM: https://www.astm.org
- Conjuntos de datos y buenas prácticas de NIST AM-Bench: https://www.nist.gov/ambench
- Base de datos Senvol para correspondencias entre máquinas y materiales y valores admisibles: https://senvol.com
- Gestión de datos de materiales (Ansys Granta MI) y simulación (Ansys, Simufact Additive)
- Notas de aplicación y guías de diseño de fabricantes de equipos originales (OEM) (EOS, 3D Systems, Stratasys, HP, Renishaw)
Última actualización: 2025-08-25
Registro de cambios: Se han añadido 5 preguntas frecuentes específicas; se ha creado una tabla de referencias para 2025 con sus fuentes; se han incluido dos casos prácticos recientes; se han aportado opiniones de expertos; y se han recopilado herramientas y recursos prácticos.
Próxima fecha de revisión y factores desencadenantes: 1 de febrero de 2026 o antes si se actualizan las normas ISO/ASTM/SAE, los principales fabricantes de equipos originales lanzan al mercado nuevos polímeros para altas temperaturas o grados de cobre/aluminio, o si la adopción del pasaporte digital modifica sustancialmente las prácticas de homologación**
