Una introducción a la fabricación aditiva

Nessan Cleary ofrece una breve introducción a la impresión 3D y detalla los diferentes tipos de impresoras 3D disponibles actualmente.

El término 'impresión 3D' es un poco engañoso ya que no hay mucho en cuanto a impresión, al menos no en la forma que cualquier persona del mundo de la impresión gráfica entendería. Dicho esto, muchos profesionales del gran formato están acostumbrados a trabajar con archivos CAD para producir embalajes, expositores y otros objetos tridimensionales, por lo que la impresión 3D no debería ser un gran desafío.

El concepto básico es tomar el diseño de un objeto y dividirlo en capas utilizando un software de corte. Luego, la impresora 3D crea el objeto, colocando una capa a la vez, agregando cada capa encima de la anterior hasta que el objeto esté completo. Puede ser un proceso bastante lento, dependiendo del tamaño de cada objeto, aunque muchas impresoras 3D se pueden configurar para imprimir varios objetos uno al lado del otro dentro de la cámara de construcción de la impresora.

Hoy en día la impresión 3D se utiliza mucho para producir prototipos, jigs, moldes y piezas finales, y cada vez se está convirtiendo en un proceso de fabricación aceptable. Por este motivo la impresión 3D también se conoce como fabricación aditiva. Hay muchas tecnologías de impresión 3D diferentes (demasiadas para enumerarlas todas aquí), por lo que en esta historia repasaremos algunos de los principales tipos y los materiales con los que pueden trabajar. Tenga en cuenta que hay muchos TLA (acrónimos de tres letras) que superar.

Leyenda: MakerBot ha introducido varios materiales especiales para su impresora 3D Method FFF.

Quizás el método más común sea la fabricación con filamentos fundidos, o FFF, también conocido como modelado por deposición fundida o FDM. Este utiliza una bobina de filamento termoplástico como materia prima. El filamento se alimenta a través de una extrusora calentada, que lo funde para depositarlo y formar una capa. Las capas se unen a medida que el material se enfría para formar el objeto. Hay muchas impresoras FFF/FDM de escritorio, en su mayoría bastante capaces a pesar de su precio relativamente económico. La resolución depende de qué tan fina sea la boquilla del extrusor, con un equilibrio entre alta resolución y velocidades de impresión más rápidas.

Hay una buena variedad de materiales, desde plásticos duros como el ABS hasta opciones flexibles como el TPU, así como materiales más exóticos unidos con nailon o fibra de carbono para mejorar la resistencia.

Leyenda: Formlab ha desarrollado estas impresoras 3D de estereolitografía de escritorio Form 3 y Form 3L.

El siguiente paso es la estereolitografía, o SLA, que utiliza materiales a base de resina de fotopolímero. El proceso comienza llenando una tina con el líquido del fotopolímero. Luego, un haz de luz ultravioleta traza el patrón de la primera capa sobre la superficie de este líquido, provocando una reacción química que solidifica el líquido donde la luz lo ha tocado. Se baja la plataforma de construcción, se agrega más resina y se traza una segunda capa encima de la primera, y así sucesivamente. En algunos casos, se utiliza una tina con fondo transparente y la luz se ilumina desde la parte inferior, creando el objeto desde el fondo del tanque hacia arriba.

Estas impresoras también son en su mayoría máquinas de escritorio y suelen ser más caras que las impresoras FFF/FDM, pero existe una gama más especializada de materiales, para usos como la creación de prototipos o la producción de modelos para moldeo, así como resinas biocompatibles para uso dental y médico. Generalmente dan un acabado suave con detalles finos pero carentes de alta resistencia.

El procesamiento de luz digital o DLP es una variación de la impresión SLA, pero en lugar de un láser utiliza un proyector de luz digital para iluminar una imagen de una capa completa, lo cual es mucho más rápido que trazar esa capa con un láser.

Una de las formas más antiguas de impresión 3D es la sinterización selectiva por láser o SLS. Es adecuado para todo tipo de materiales, desde plástico hasta metal, pasando por cerámica y vidrio, que empiezan en forma de polvo. El polvo se extiende en una cámara de construcción y el láser escribe un patrón en el polvo, fusionando solo aquellas partículas que calienta para formar la primera capa. Luego se baja el lecho de la cámara y se extiende más polvo, y el proceso se repite con cada capa fusionada hasta la última hasta que se termina el objeto.

Este proceso permite crear objetos increíblemente complejos, como radiadores de turbina que requieren muchas aletas internas. Sin embargo, las máquinas SLS tienden a ser caras porque requieren un buen control de la temperatura y, por supuesto, un láser de alta potencia, por lo que se limitan principalmente al uso comercial.

Similar a SLS es la fusión selectiva por láser o SLM, que también se conoce como fusión directa por láser de metales. Existe una buena variedad de aleaciones metálicas, incluidos varios grados de aleaciones de aluminio y acero. Este método también utiliza un láser de alta potencia para producir objetos metálicos, pero derrite completamente el polvo metálico, en lugar de simplemente sinterizar las partículas de polvo, lo que significa que las piezas son más densas. La cámara de construcción suele estar llena de un gas inerte como el argón para limitar el riesgo de incendio o explosión, pero también requiere un manejo cuidadoso y solo es adecuado para uso comercial.

La fusión por haz de electrones o EBM funciona de manera similar. En este caso, el láser produce rayos de electrones y funde el polvo metálico, y requiere un vacío en lugar de un gas inerte. Implica altas temperaturas, hasta 1.000 ºC, pero puede producir objetos muy fuertes y densos y es especialmente adecuado para aleaciones de titanio.

Leyenda: La impresora 3D HP Jet Fusion 5200, que utiliza inyección de aglutinante, vista aquí con una estación de procesamiento separada.

Binder Jetting utiliza un cabezal de impresión de inyección de tinta para inyectar un adhesivo y literalmente pegar los polvos. El material en polvo se extiende sobre la cama y el patrón de la primera capa se escribe en el polvo lanzando el adhesivo para unir los polvos. El lecho desciende y se esparce más polvo, y el proceso se repite capa por capa hasta que se completa el objeto. Por lo general, hay un paso de acabado separado en el que se dispara el objeto para derretir el aglutinante restante y garantizar que todas las capas estén completamente fusionadas en un solo objeto.

El proceso se puede adaptar para su uso con plásticos, metales y materiales cerámicos. La gran ventaja de utilizar cabezales de impresión de inyección de tinta es que es relativamente económico ampliar el proceso, por ejemplo, agregando más cabezales para una mayor productividad.

Los cabezales de impresión de inyección de tinta también se pueden utilizar para otro método, Material Jetting, que puede depositar el material en el lugar exacto para formar cada capa. Esto también es bueno para plásticos, metales y cerámicas. Sin embargo, el chorro de material enfrenta algunos de los mismos problemas que las impresoras gráficas, es decir, el riesgo de que las partículas más grandes obstruyan los cabezales de impresión y la necesidad de deshacerse del portador líquido utilizado para inyectar el material una vez finalizada la impresión.

En conclusión, la elección de en qué tipo de impresora 3D invertir se reduce en gran medida a encontrar un equilibrio entre el coste de la impresora, los materiales que desea utilizar y la calidad y resistencia que necesita para los objetos terminados.

Estén atentos, ya que volveremos a este tema en un par de meses y veremos algunas de las aplicaciones para las que se pueden utilizar las impresoras 3D.

Descubra lo último en impresión 3D en Global Print Expo 2021 , la exposición líder en Europa de impresión serigráfica y digital de gran formato, impresión textil y señalización. Descubra los últimos productos, establezca contactos con personas de ideas afines y explore nuevas oportunidades comerciales. Registre su interés aquí .