Impresión 3dLa impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, permite crear objetos a partir de archivos digitales depositando material capa a capa. Hoy en día existen muchos tipos diferentes de tecnologías de impresión 3D, cada una con sus propias ventajas y aplicaciones ideales. Elegir la tecnología de impresión 3D adecuada para un proyecto concreto depende de factores como las capacidades del material, la velocidad, la precisión, el coste, etc.
Modelado por deposición fundida (FDM)
El modelado por deposición fundida (FDM) es uno de los tipos de impresión 3D más comunes y asequibles. Funciona calentando filamento termoplástico hasta un estado semilíquido y extruyéndolo a través de una boquilla sobre una plataforma de construcción capa a capa. Una vez que una capa se enfría y se endurece, la plataforma de construcción desciende y se imprime la siguiente capa encima. Este proceso continúa hasta que el objeto está completo.
Ventajas de la impresión 3D FDM:
- Bajo coste tanto de las impresoras como de los materiales
- Variedad de materiales termoplásticos disponibles, como PLA, ABS, PETG, nailon, etc.
- Buena resistencia y propiedades térmicas
- Funcionamiento y mantenimiento sencillos
Aplicaciones ideales de FDM:
- Creación de prototipos
- Herramientas, plantillas y accesorios
- Juguetes y artículos para aficionados
- Piezas funcionales y productos finales
Las impresoras 3D FDM son excelentes para fabricar piezas de plástico personalizadas a bajo coste, pero están limitadas en cuanto a acabado superficial y precisión. La naturaleza estratificada del proceso de impresión produce un efecto escalonado visible en las superficies inclinadas.
Materiales FDM
Los materiales más utilizados para la impresión 3D FDM son:
- PLA - Ácido poliláctico; termoplástico biodegradable derivado del almidón de maíz. Fácil de imprimir y produce modelos con poco olor. Más quebradizo que otros plásticos.
- ABS - Acrilonitrilo butadieno estireno; polímero termoplástico duradero y moderadamente flexible. Tiende a encogerse ligeramente durante el enfriamiento, lo que puede comprometer la precisión. Emite humos durante la impresión.
- PETG - Tereftalato de polietileno modificado con glicol; combina resistencia y flexibilidad para obtener piezas impresas duraderas. Resistente a muchos productos químicos y baja absorción de humedad.
- Nylon - Plástico de ingeniería resistente y flexible con excelentes propiedades, pero más difícil de imprimir con éxito. Suele utilizarse para piezas funcionales que requieren resistencia.
- TPU - Poliuretano termoplástico; un filamento flexible similar al caucho que se utiliza para objetos flexibles, juntas, mangueras y mucho más. Es difícil de imprimir y requiere una configuración específica de la impresora.
Estereolitografía (SLA)
La impresión 3D por estereolitografía (SLA) utiliza láseres ultravioleta (UV) para curar resina plástica líquida capa a capa hasta formar un objeto. Una impresora 3D SLA contiene una cuba de resina de fotopolímero que se cura selectivamente mediante un láser UV.
Ventajas de la impresión SLA:
- Gran precisión y detalles nítidos
- Excelente calidad de acabado superficial
- Variedad de resinas fotopolímeras disponibles
- Impresión rápida de objetos pequeños
Aplicaciones ideales de la impresión SLA:
- Dispositivos dentales y médicos
- Patrones de fundición para joyería
- Miniaturas muy detalladas
- Piezas de ingeniería de precisión
- Prototipos funcionales
Aunque la impresión 3D SLA ofrece una calidad de pieza excelente, el proceso puede ser engorroso, los materiales son más caros y pueden ser necesarias estructuras de soporte para algunas geometrías. También es necesario el posprocesamiento para enjuagar y curar las piezas impresas.
Materiales SLA
Entre los materiales de resina de fotopolímero SLA más comunes se incluyen:
- Resinas estándar - Para prototipos y moldes. Asequible pero quebradizo.
- Resinas resistentes - Resinas duraderas similares al plástico que ofrecen resistencia y flexibilidad.
- Resinas dentales - Resinas biocompatibles aprobadas para aparatos dentales.
- Resinas moldeables - Diseñado para maestros de fundición de joyería de sacrificio para fundición a la cera perdida.
- Resinas biocompatibles - Para productos sanitarios que interactúan con el cuerpo humano.
- Resinas de ingeniería - Materiales resistentes al calor y a los productos químicos con propiedades mecánicas avanzadas.
Chorro de material (MJ)
La impresión 3D por chorro de material (MJ) utiliza cabezales de impresión de tipo chorro de tinta para depositar selectivamente pequeñas gotas de fotopolímeros líquidos curables por UV en una plataforma de construcción. Los líquidos se solidifican rápidamente y se acumulan capa a capa. La impresión por chorro de material puede crear piezas muy detalladas y precisas con superficies lisas.
Ventajas de la impresión MJ:
- Resolución muy detallada de las características
- Excelente acabado superficial: liso y brillante
- Materiales disolubles de apoyo disponibles
- Se pueden combinar varios materiales
Aplicaciones ideales de la impresión MJ:
- Modelos médicos detallados
- Prototipos de alta fidelidad
- Herramientas de fabricación como plantillas y guías
- Patrones de joyería y fundición
Las desventajas del chorro de material son la fragilidad de los materiales, el elevado coste de los equipos y los pequeños volúmenes de producción en las máquinas de gama baja. Los costes de material también son bastante elevados.
Materiales MJ
El chorro de material utiliza resinas fotopolímeras patentadas. Algunas opciones son:
- Rígido Opaco - Para modelos visuales y prototipos
- Rígido Transparente - Piezas de plástico transparente
- Goma - Piezas flexibles con propiedades elásticas
- Alta temperatura - Modelos y accesorios resistentes al calor
- Fundible - Resinas para moldes de joyería
- Biocompatible - Para productos sanitarios y herramientas
- Similar a la cerámica - Duro y rígido con un acabado mate
Chorro aglomerante
En la impresión 3D por chorro de aglutinante, se deposita selectivamente un agente aglutinante líquido para unir el material en polvo capa a capa. El proceso utiliza dos materiales: un material base en polvo y un aglutinante líquido. El aglutinante une las partículas de polvo para formar una pieza sólida capa a capa.
Ventajas del chorro de ligante:
- Buena resistencia y estabilidad del material
- Posibilidad de estructuras porosas
- Amplia gama de materiales
- Impresión relativamente rápida
Aplicaciones ideales del chorro de ligante:
- Fundición de metales y arena
- Objetos a todo color
- Piezas funcionales porosas
- Piezas grandes de cerámica
Las principales limitaciones del chorro de ligante son el acabado superficial rugoso y las propiedades porosas del material. A menudo es necesaria la infiltración para mejorar la resistencia y el acabado.
Materiales de inyección de ligantes
La inyección de aglutinantes puede utilizar muchos materiales en polvo diferentes combinados con aglutinantes líquidos. Las opciones de materiales incluyen:
- Metales - Acero inoxidable, aluminio, acero para herramientas, Inconel, titanio, metales preciosos
- Arena - Para moldes y machos de fundición en arena
- Cerámica - Alúmina, circonio, fosfato tricálcico, vidrio
- Plásticos - Nylon, PBT, TPU, PMMA
- Arena de fundición - Para moldes y machos de fundición de metales
Deposición de energía dirigida (DED)
La deposición de energía dirigida (DED) utiliza una fuente de energía térmica focalizada, como un láser, un haz de electrones o un arco de plasma, para fusionar materiales fundiéndolos a medida que se depositan. La impresión 3D DED permite fabricar piezas a partir de polvo o alambre metálico.
Ventajas de la impresión DED:
- Buena integridad estructural de las piezas metálicas impresas
- Posibilidad de grandes volúmenes de fabricación
- Excelentes propiedades de los materiales a partir de metales impresos
- Los cabezales de deposición pueden montarse en brazos multieje o sistemas robotizados
Aplicaciones ideales de la impresión DED:
- Piezas funcionales y productos finales metálicos
- Reparación y adición de características a piezas metálicas existentes
- Componentes aeroespaciales y de aviación
- Implantes médicos metálicos personalizados
- Piezas de automóviles
Entre las limitaciones de la DED se incluyen una menor resolución en las características finas y velocidades más lentas en comparación con las técnicas de fusión de lecho de polvo. Además, el equipo es muy caro.
Materiales DED
El DED se utiliza para imprimir piezas de diversos metales, entre ellos:
- Acero inoxidable - 316L, 17-4, 15-5, etc.
- Aluminio - AlSi10Mg, AlSi7Mg, Scalmalloy, etc.
- Titanio - Ti6Al4V, titanio comercialmente puro, níquel titanio.
- Aceros para herramientas - Acero rápido H13, D2, M2.
- Superaleaciones - Inconel 625, 718, etc.
- Metales preciosos - Oro, plata, platino.
Fusión de lecho de polvo (PBF)
La impresión 3D por fusión de lecho de polvo (PBF) se refiere a procesos en los que la energía térmica fusiona selectivamente regiones de un lecho de polvo capa a capa. Las dos principales tecnologías PBF son el sinterizado selectivo por láser (SLS) y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS).
Sinterización selectiva por láser (SLS)
Cómo funciona la impresión SLS:
- El polvo termoplástico se extiende finamente sobre una placa de impresión
- Un láser escanea y sinteriza el polvo para fundirlo en una pieza sólida
- La placa de montaje baja y se esparce más polvo por encima
- La sinterización capa por capa continúa hasta que la pieza está terminada
Ventajas de la impresión SLS:
- Buenas propiedades de los materiales y resistencia mecánica
- Variedad de materiales termoplásticos disponibles
- Se necesitan estructuras de apoyo mínimas
- Permite geometrías complejas
Aplicaciones ideales de la impresión SLS:
- Prototipos funcionales
- Piezas de uso final y carcasas
- Herramientas de fabricación como plantillas y utillajes
- Componentes de nailon personalizados
Entre las desventajas del SLS se encuentran las superficies porosas, la menor resolución de las características finas y los menores volúmenes de fabricación con máquinas más pequeñas. Los costes de material también pueden ser elevados.
Materiales SLS
Entre los materiales termoplásticos SLS más comunes se incluyen:
- Nylon 11 y 12 - Termoplásticos de ingeniería resistentes y semiflexibles. Los plásticos SLS más populares.
- TPU 92A - Poliuretano flexible con propiedades similares al caucho.
- PEEK - Termoplástico resistente al calor con excelentes propiedades mecánicas.
- Alumide - Compuesto de nailon con polvo de aluminio, imita el metal.
- CarbonMide - Compuesto de nailon con fibras de carbono para mayor resistencia.
Sinterización directa de metales por láser (DMLS)
Cómo funciona la impresión DMLS:
- Se extiende una fina capa de polvo metálico sobre una placa de impresión
- Un láser de alta potencia funde y fusiona el polvo en las zonas designadas
- La placa baja y se distribuye más polvo en la parte superior
- La fusión capa a capa continúa hasta que la pieza está completa
Ventajas de la impresión DMLS:
- Piezas metálicas totalmente densas con excelentes propiedades de material
- Posibilidad de geometrías complejas y aleaciones personalizadas
- Se requieren estructuras de soporte mínimas
- Uso eficiente del costoso material metálico
Aplicaciones ideales de la impresión DMLS:
- Prototipos funcionales metálicos
- Implantes médicos personalizados como prótesis
- Componentes aeroespaciales y de automoción
- Reparación de moldes añadiendo metal
- Piezas metálicas ligeras a medida, como soportes
El DMLS es más lento para imprimir piezas metálicas más grandes y tiene unos costes de equipo más elevados que los procesos DED. Las composiciones exactas de las aleaciones pueden ser difíciles de verificar.
Materiales DMLS
El DMLS se utiliza para imprimir aleaciones metálicas comunes y exóticas, entre las que se incluyen:
- Acero inoxidable - 17-4, 316L, 304L, 15-5, etc.
- Aluminio - AlSi10Mg, AlSi7Mg, Scalmalloy, etc.
- Titanio - Ti6Al4V ELI, Grado 5, Grado 23.
- Acero para herramientas - H13, P20, D2, M2 Acero rápido.
- Inconel - Inconel 625, 718.
- Cromo cobalto - CoCrMo, BioDur CCM Plus, etc.
Producción de interfaz líquida continua (CLIP)
La impresión 3D de producción continua de interfaz líquida (CLIP) utiliza una ventana permeable al oxígeno situada bajo el plano de proyección de la imagen ultravioleta para crear continuamente modelos a partir de una piscina de resina fotopolímera de curado UV.
Cómo funciona la impresión CLIP:
- La luz ultravioleta incide en una cuba de resina líquida a través de una ventana permeable al oxígeno.
- La plataforma de construcción desciende para exponer la resina curada que se solidifica sobre la ventana.
- Los patrones de luz UV curan la resina y las capas inferiores se funden con la plataforma
- La extracción continua de resina curada permite velocidades de impresión muy rápidas
Ventajas de la impresión CLIP:
- Impresión extremadamente rápida: hasta 100 veces más rápida que la SLA
- Tecnología de fabricación productiva
- Excelentes acabados superficiales y detalles finos
- Bajos costes de explotación en comparación con SLA
Aplicaciones ideales de la impresión CLIP:
- Fabricación en serie de componentes de plástico
- Creación de prototipos de gran volumen
- Carcasas de audífonos
- Alineadores y aparatos dentales
- Cajas y carcasas de plástico
Entre sus limitaciones figuran los volúmenes de fabricación más reducidos y las menores opciones de materiales disponibles en la actualidad. Pero la tecnología avanza rápidamente.
Materiales CLIP
Entre los materiales de resina fotopolímera actuales para la impresión CLIP 3D se incluyen:
- RIGUR® RPS - Material robusto y rígido resistente al calor.
- RIGUR® BPA - Material ópticamente transparente.
- RIGUR® ABA - Material plástico polivalente, asequible y fácil de imprimir.
Fabricación de objetos laminados (LOM)
La fabricación de objetos laminados (LOM) consiste en unir láminas finas de material mediante calor y presión y, a continuación, cortar las secciones transversales de un objeto capa por capa.
Cómo funciona la impresión LOM:
- Se enrolla una hoja de papel, plástico o metal en la plataforma de construcción.
- Un rodillo calentado lamina la hoja con la capa anterior
- Un láser o una cuchilla cortan el contorno de la sección transversal de la pieza
- El material sobrante se recorta y se retira
- Se añade otra hoja encima y se repite el proceso
Ventajas de la impresión LOM:
- Amplia gama de materiales de laminación
- No requiere material de apoyo adicional
- Se pueden producir objetos grandes
- Coste de equipamiento relativamente bajo
Aplicaciones ideales de la impresión LOM:
- Modelos conceptuales construidos a partir de papel estratificado
- Objetos de madera como muebles y carteles
- Componentes de cartón para envases y expositores
- Materiales compuestos reforzados con fibra
La precisión de las piezas y el acabado superficial tienden a ser inferiores en comparación con otros procesos de impresión 3D. Y el material en capas puede dar lugar a propiedades anisótropas.
Materiales LOM
Para la fabricación de objetos laminados pueden utilizarse diversos materiales en láminas:
- Papel - Hojas adhesivas de papel, cartón y cartulina
- Plásticos - ABS, polipropileno, policarbonato
- Metales - Acero inoxidable, titanio, aluminio
- Compuestos - Fibra de vidrio, fibra de carbono
Fusión multichorro (MJF)
La impresión por fusión de chorro múltiple (MJF) utiliza un conjunto de cabezales de impresión de chorro de tinta para depositar selectivamente agentes de fusión y detallado en un lecho de polvo para fundir y fusionar completamente el material capa a capa con gran precisión.
Cómo funciona MJF Printing:
- Se extiende una capa de polvo sobre la plataforma de construcción
- Los cabezales de impresión depositan agentes fundentes y detalladores
- Las lámparas infrarrojas funden y fusionan el polvo donde se depositó el agente de fusión
- El polvo no fundido actúa como soporte hasta que se retira posteriormente
- Las capas adicionales se acumulan hasta completar la pieza
Ventajas de la impresión MJF:
- Buena precisión y acabados superficiales
- Excelentes propiedades mecánicas
- Impresión productiva con alta velocidad de impresión
- No se necesitan estructuras de soporte
Aplicaciones ideales de la impresión MJF:
- Prototipos funcionales con buenas propiedades materiales
- Producción de moldeo por inyección en tiradas cortas
- Piezas de uso final duraderas y precisas
- Canales de refrigeración conformados en utillaje
Actualmente, las opciones de materiales se limitan a unos pocos termoplásticos de alto rendimiento de HP. Pero la tecnología avanza rápidamente.
Materiales MJF
La impresión 3D de MJF utiliza termoplásticos de alto rendimiento de HP:
- AP 11 - Nylon diseñado para ofrecer una buena resistencia y resistencia térmica.
- AP 12 - Nylon con magníficas propiedades mecánicas e ideal para muchos usos.
- PA 12 GB - Nylon 12 reforzado con perlas de vidrio para mayor rigidez y estabilidad dimensional.
- PEEK - Termoplástico excepcional con resistencia al calor y excelentes propiedades mecánicas.
Sinterización por inhibición selectiva (SIS)
La sinterización por inhibición selectiva (SIS) utiliza un agente de fusión para unir selectivamente el material en polvo capa por capa. Se imprime un inhibidor para evitar la sinterización en zonas no deseadas.
Cómo funciona la impresión SIS:
- El material en polvo se esparce sobre la plataforma de construcción
- Un chorro de tinta deposita un inhibidor para definir los contornos de la pieza
- Todo el lecho de polvo se expone uniformemente al calor o a la luz UV
- El agente de fusión provoca la sinterización del polvo excepto cuando el inhibidor lo impide
- El polvo sobrante se aspira después de cada capa
Ventajas de la impresión SIS:
- Piezas densas de metal, plástico o cerámica
- No se necesitan estructuras de soporte
- El polvo no utilizado es reutilizable
- Mínimo desperdicio de material
Aplicaciones ideales de la impresión SIS:
- Productos de consumo masivo personalizados
- Herrajes metálicos a medida
- Arte y decoración en cerámica
- Fabricación de plantillas de montaje
Actualmente sólo lo comercializan algunas empresas, como ExOne, pero tiene potencial para una mayor adopción en el futuro.
Materiales SIS
Se pueden utilizar varios materiales para la sinterización por inhibición selectiva:
- Plásticos - Nylon 11 y 12, TPU elastómero.
- Metales - Acero inoxidable, acero para herramientas, bronce, carburo de tungsteno.
- Cerámica - Arena de sílice, alúmina, fosfato tricálcico, circonio.
- Vidrio - Vidrio sodocálcico, vidrio borosilicato.
Conclusión
Existen muchas tecnologías de impresión 3D diferentes, cada una con capacidades únicas. Comprender las características clave de cada proceso permite seleccionar la tecnología óptima para una aplicación determinada en función de factores como los materiales necesarios, la precisión, el acabado superficial, la velocidad de fabricación, los costes, etc. Las tecnologías más comunes, como FDM y SLA, son opciones económicas para el modelado conceptual y la creación de prototipos. Para la producción de series cortas de piezas de plástico de uso final, MJF y SLS ofrecen buenas propiedades mecánicas con una alta productividad. La joyería, los dispositivos médicos y los componentes de ingeniería avanzados se benefician de una precisión y un acabado de superficie extraordinarios con tecnologías como el jetting de material, CLIP y el jetting de aglutinante. DED y DMLS abren nuevas puertas a la impresión directa de piezas metálicas funcionales para usos aeroespaciales, médicos y de automoción. Con sistemas cada vez más rápidos, baratos y capaces, la impresión 3D está revolucionando la forma de diseñar, personalizar y fabricar productos en casi todos los sectores.
Preguntas más frecuentes
¿Cuál es la tecnología de impresión 3D de sobremesa más asequible?
El modelado por deposición fundida (FDM) es generalmente la tecnología de impresión 3D de sobremesa más asequible y accesible para aficionados y empresas en la actualidad. Hay muchas impresoras 3D FDM disponibles de empresas como Creality, Prusa Research, FlashForge y otras que ofrecen una buena capacidad a bajo coste.
¿Qué tecnología proporciona el mejor acabado superficial y resolución de detalles?
La estereolitografía (SLA) y la inyección de material (MJ) ofrecen la máxima calidad de acabado superficial, detalle de las características y precisión general de las piezas entre las tecnologías de impresión 3D más comunes. Sin embargo, los costes de los equipos suelen ser considerablemente más elevados.
¿Qué proceso de impresión 3D es mejor para piezas metálicas funcionales?
La deposición de energía dirigida (DED) y el sinterizado directo de metales por láser (DMLS) son dos de las tecnologías más avanzadas para imprimir en 3D componentes metálicos totalmente densos y funcionales. La DED construye piezas a partir de polvo o alambre metálico soldado, mientras que el DMLS funde y fusiona selectivamente capas de lecho de polvo metálico.
¿Qué tecnología es ideal para los productos de plástico personalizados en masa?
La fusión por chorro múltiple (MJF) de HP permite la producción económica en tiradas cortas de piezas de plástico de precisión con excelentes propiedades mecánicas, lo que la convierte en una solución ideal para la personalización en masa y la fabricación rápida. El proceso también es muy rápido.
¿Se pueden imprimir en 3D piezas de cerámica?
Sí, varias tecnologías de impresión 3D admiten materiales cerámicos. La inyección de aglutinante puede imprimir objetos cerámicos de gran tamaño uniendo un material en polvo con un aglutinante líquido. La sinterización por inhibición selectiva también permite imprimir piezas cerámicas de alta densidad sinterizando el polvo capa a capa.
¿Qué proceso de impresión 3D es el más rápido?
La producción de interfaz líquida continua (CLIP) es la tecnología de impresión 3D más rápida disponible en la actualidad, capaz de imprimir piezas funcionales de plástico hasta 100 veces más rápido que la impresión 3D SLA. Esto la hace viable para aplicaciones de fabricación en masa. Ya están disponibles las impresoras CLIP de sobremesa.