Impresión 3D con resina: casos de uso y principales ventajas
¿Cómo se compara la estereolitografía y sus diversas variantes con otras opciones de prototipado basadas en polímeros?
Muchas personas de la industria manufacturera asocian el término "prototipado rápido" con la invención de la estereolitografía (SLA). Comercializado por primera vez en 1986, este proceso de impresión a base de resina pronto se convirtió en el favorito de los desarrolladores de productos que buscaban modelos 3D rápidos y precisos de sus diseños.
Rápidamente le siguieron tecnologías competidoras que utilizaban diversos materiales, incluidos los no resinosos, y hoy en día, los diseñadores tienen a su disposición una selección de opciones de prototipado rápido. Entre las tecnologías de impresión 3D no resínicas más populares se encuentran el modelado por deposición fundida (FDM), el sinterizado selectivo por láser (SLS) y la fusión por chorro múltiple (MJF), así como varias variantes más recientes de SLA. La pregunta entonces es: ¿Cuál es la mejor para mi aplicación?
SLA ofrece varias opciones de acabado para mejorar la textura de las piezas, así como revestimientos como el níquel SLArmor, pintura, capa transparente y calcomanías personalizadas.
¿Qué es la impresión 3D con resina?
La impresión 3D con resina es un término general utilizado para describir las tecnologías de fabricación aditiva que construyen piezas a partir de una resina fotopolímera líquida que se endurece o "cura" cuando se expone a una fuente de luz.
Por el contrario, las impresoras basadas en filamento, como la FDM, funden una bobina de filamento de plástico para crear piezas capa por capa, mientras que las impresoras basadas en polvo (SLS y MJF) fusionan partículas de polvo mediante un láser, agentes de fusión u otra fuente de calor.
En breve exploraremos los detalles de los distintos procesos basados en resinas, pero todos comparten algunos atributos comunes. El principal de ellos es la mayor resolución y los detalles más finos de las piezas en comparación con las impresoras de filamento o polvo, con menos del "escalonamiento" habitual en la impresión 3D. Esto se debe al control preciso de la fuente de luz y a la capacidad de generar capas más finas, dejando así acabados más lisos que las alternativas. Además, estas piezas requieren menos post-procesado que las fabricadas con los otros métodos, lo que reduce el coste de la pieza y mejora su precisión.
Por ello, la impresión en 3D basada en resina suele ser el método preferido para piezas con diseños intrincados, así como para piezas pequeñas o en miniatura y aquellas con características finas. Algunos casos de uso de la estereolitografía en prototipos y volúmenes reducidos incluyen:
- Guías quirúrgicas específicas para cada paciente
- Alineadores dentales
- Moldes y patrones de joyería
- Pomos y tapas para automoción
- Carcasas electrónicas
¿Cómo funcionan las diferentes impresoras 3D de resina?
A pesar de sus múltiples usos y aplicaciones, es importante comprender la mecánica que subyace a los distintos tipos de impresión 3D con resina. A continuación un breve resumen de algunas de las tecnologías disponibles, seguido de algunas consideraciones para cada una:
Estereolitografía (SLA)
Abuelo de la fabricación aditiva, la SLA no se ha dormido en los laureles de la impresión en 3D durante los últimos 40 años, y las máquinas actuales son mucho más rápidas y precisas que sus predecesoras. Dicho esto, todas se basan en un láser ultravioleta (UV) para trazar el contorno y el interior de cada capa, curando la resina líquida a medida que avanza. Una vez completada cada "rebanada", la plataforma de construcción desciende ligeramente, se tira se esparce resina fresca sobre la superficie curada y el proceso se repite hasta completar la construcción. De nuevo, es posible obtener detalles muy finos, aunque a menor velocidad que con los otros procesos basados en resina.
PolyJet
Imagine una impresora de chorro de tinta que, en lugar de tinta, deposita una resina líquida de fotopolímero sobre una bandeja de construcción; y con la finalización de cada capa, una luz ultravioleta pasa por encima, curando la resina. PolyJet es una de las pocas tecnologías de AM que admite varios tipos de material en una sola construcción, incluido un material de soporte similar a la cera que se lava de la pieza acabada una vez que sale de la cámara de construcción. Esta capacidad permite a los diseñadores crear prototipos que combinan dos colores o durómetros (dureza), lo que la hace ideal para piezas flexibles como juntas y sellos.
PolyJet le permite añadir sobremoldeados a sus diseños, por lo que puede obtener piezas que incorporen múltiples durómetros.
Materiales utilizados en la impresión 3D con resina
Estas impresoras también pueden procesar resinas que presentan diversas propiedades, lo que permite utilizarlas en una amplia gama de aplicaciones. Entre ellas se encuentran materiales blandos esponjosos similares a la silicona, resinas que se endurecen y resistentes al calor como la cerámica cuando se curan, resinas de uso general que imitan el ABS o el polipropileno (PP), y resinas similares al policarbonato que proporcionan piezas transparentes o translúcidas con una gran rigidez. En comparación, las impresoras SLS y MJF sin resina se limitan principalmente al nailon y al PP, mientras que la FDM puede imprimir una gran variedad de materiales termoplásticos, aunque ni de lejos con la precisión o la velocidad de sus competidoras.
Es importante tener en cuenta que las resinas requieren un almacenamiento cuidadoso, normalmente al resguardo de la luz y a temperaturas controladas. Y como contienen compuestos orgánicos volátiles (COV), deben utilizarse en zonas bien ventiladas, y también debe evitarse el contacto con la piel humana.
Las resinas suelen ser más caras que el filamento y el polvo y a menudo son propiedad del fabricante de la impresora 3D. Pero dada la variedad de materiales disponibles y sus sólidas características físicas, el delta de coste suele ser secundario con respecto al rendimiento del producto.
Comparación entre impresoras 3D de resina industriales y de sobremesa
Quienes lean esto quizá vean el coste relativamente bajo de las impresoras de sobremesa y se pregunten: ¿por qué no tomar las riendas de nuestro destino de prototipado y comprar nuestra propia máquina? Eso es ciertamente posible y algunas empresas lo han hecho, aunque muchas se han dado cuenta rápidamente de que las impresoras de calidad industrial suelen ofrecer una mayor precisión y acabados superficiales más suaves, por no mencionar una velocidad y unos volúmenes de fabricación significativamente mayores.
Las impresoras industriales también ofrecen una selección de materiales más amplia que las máquinas de sobremesa. Es probable que esto no sea un gran diferenciador para el trabajo básico de prototipos, pero cuando se trata de pruebas funcionales, acercarse lo más posible al material de uso final es fundamental. Y de nuevo, sean cuales sean las resinas utilizadas, deben almacenarse adecuadamente y consumirse dentro de su limitada vida útil.
Pero quizá la mayor razón para "volverse industrial" sea la experiencia. Un ejemplo de ello es Daniel Lubiner, un profesor de educación especial que trabaja con niños ciegos y con visión reducida, que se encontró con problemas para llevar su diseño BrailleDoodle del papel al prototipo. Tras invertir en varias iteraciones que no cumplían los requisitos de precisión o acabado superficial del dispositivo, acudió a nosotros en busca de ayuda. El equipo de impresión 3D utilizó SLA industrial para fabricar los tres componentes principales del prototipo a partir de plástico similar al ABS, algunos de los cuales tienen características tan pequeñas como 0,0508 mm.
¿Otro ejemplo? La nueva empresa de dispositivos médicos UVision360 aprovechó la SLA de microrresolución y la resina termoendurecible MicroFine Verde de Protolabs para construir piezas en miniatura para su sistema de histeroscopia Luminelle. De este modo, la pequeña empresa evitó unos (£) 200.000 £ en costes de utillaje y recortó meses del ciclo de desarrollo.
En estos y otros casos, las empresas podrían haber asumido que invertir unos pocos miles de libras en una impresora SLA de sobremesa sería " suficiente¨ para sus fines de creación de prototipos. Sin embargo, se equivocarían; como muchos usuarios novatos han descubierto, hay mucho más que el equipo para imprimir en 3D con éxito, y sólo a través de una amplia experiencia y no poca prueba de fuego las empresas dominan este proceso profundamente técnico.
Impresión 3D externalizada vs. impresión 3D interna: comparación detallada
| Ventajas | Inconvenientes | |
|---|---|---|
| Impresión 3D externalizada |
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| Impresión 3D interna |
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Postprocesado para impresiones 3D en resina
Las tecnologías de impresión 3D basadas en resinas comparten varios puntos en común adicionales. La principal de ellas es la necesidad de soportes de construcción, que deben retirarse después de la impresión. Como se ha sugerido antes, la eliminación de los soportes con el proceso PolyJet puede ser bastante sencilla -sólo hay que lavar las piezas-, mientras que las piezas SLA requieren un poco más de esfuerzo, concretamente romper los soportes y utilizar un poco de papel de lija para alisar la protuberancia resultante.
Otras posibles opciones de posprocesamiento son el vapor smoothing, el teñido, la calcomanía, la pintura y el texturizado, todas ellas disponibles también con otros servicios de impresión 3D de polímeros de Protolabs. Tenga en cuenta que no todas estas opciones de acabado están disponibles para todos los procesos de impresión.
En resumen, cada uno de estos procesos de impresión 3D basados en resina proporciona piezas de alta calidad con detalles finos y una precisión superior; la decisión sobre cuál es el más adecuado para su aplicación depende de numerosos factores, entre ellos el tamaño de la pieza, la cantidad, la disponibilidad de material y otras muchas consideraciones que es mejor revisar con uno de nuestros expertos en impresión 3D. Envíenos un correo electrónico a [email protected] o llame al +34 932 711 332.
By Alex Lothspeich, 3D printing applications engineer