Tipos de impresoras 3D, los diferentes modelos del mercado 5/5 (2)

Diferentes procesos de impresión en 3d

En este artículo encontrarás las principales técnicas utilizadas por las impresoras 3D en la impresión 3D para crear objetos. Tres grandes tipos son los más habituales. Estos son la estereolitografía (SLA), el modelado por deposición fundida (FDM) y la sinterización selectiva por láser (SLS).

El término impresión 3D se refiere técnicamente al desarrollo de cualquier objeto desde cero. Esta tecnología utiliza diferentes procesos para ayudar a realizar este trabajo. Independientemente del proceso utilizado, la idea detrás de la creación de objetos utilizando la tecnología de impresión 3D sigue siendo la misma; desde la producción de un modelo 3D utilizando software de diseño asistido por ordenador (CAD) hasta la configuración de la máquina. Sin embargo, el proceso real utilizado para crear el objeto físico varía.

Hay cuatro tipos diferentes de procesos de impresión en 3D que es probable que encuentre, y son los siguientes:

  • Estereolitografía (SLA)
  • Modelado de deposición fundida (FDM)
  • Sinterización Láser Selectiva (SLS)
  • Modelado Multi-Jet (MJM)

Estereolitografía

El proceso de estereolitografía fue inventado en 1986 por el fundador de 3D Systems Charles Hull. En ese momento, sin embargo, no se mencionaron las impresoras de impresión ni las impresoras 3D.
Una de las formas más comunes de estereolitografía es la fotopolimerización (SLA): un rayo ultravioleta se concentra en un tanque lleno de fotopolímero, un material sintético cuyas moléculas cambian bajo la influencia de la luz ultravioleta la mayor parte del tiempo. El láser ultravioleta trabaja sobre el modelo 3D deseado capa por capa.

Cuando el rayo golpea el material, se endurece bajo su impacto mientras se une a capas adyacentes. Al salir del tanque, se obtiene una forma con una resolución notable y, con el glaseado de la torta, el material que no ha sido golpeado por el láser puede ser utilizado para el siguiente objeto. La impresora 3D de consumo más popular que utiliza este proceso es FormLabs.

Pero a la estereolitografía le debemos algo más: el famoso formato.stl, que es actualmente el formato digital que se está convirtiendo en el estándar en el mundo de la impresión en 3D.

Cómo funciona

Una impresora SLA 3D comienza con un exceso de plástico líquido. Parte de este plástico se cura (o endurece) para formar un objeto 3D.

Hay cuatro partes principales en una impresora SLA:

  1. Una impresora llena de plástico líquido
  2. Una plataforma perforada
  3. Un láser UV
  4. Un ordenador que controla tanto el láser como la plataforma

Para empezar, una fina capa de plástico (entre 0,05 y 0,15 mm) está expuesta por encima de la plataforma. El láser ‘dibuja’ el patrón del objeto sobre la plataforma como se muestra en los archivos de diseño. Tan pronto como el láser toca el material, se endurece. Este proceso continúa hasta que todo el objeto ha sido construido.

Los objetos que se crean utilizando SLA son generalmente suaves, mientras que la calidad del objeto depende de la complejidad de la máquina SLA.

Modelado de deposición fundida (FDM)

Este proceso fue inventado por Scott Crump a finales de la década de 1980 para ver el primer lanzamiento comercial del proceso en 1991. El FDM consiste en fundir pequeñas gotas de material plástico, a menudo plástico ABS, el que usa Lego, que crean la forma capa tras capa. Una vez que la gota llega al aplicador, se endurece casi inmediatamente mientras se funde con las capas inferiores.

Es, con mucho, el proceso más barato y es el que la mayoría de las impresoras 3D confían hoy en día. Además del plástico ABS, los plásticos PLA, ácido poliláctico, y otros polímeros biodegradables pueden ser procesados a partir de este proceso. La mayoría de las impresoras 3D “asequibles” más populares utilizan este proceso, incluyendo las iniciadas por RepRap, Solidoodle, LeapFrog, MakerBot o la impresora CubeX.

Existe una variante bajo el nombre de Plastic Jet Printing (PJP): se trata de todas las impresoras que están decididamente de moda, como la Cube.

Cómo funciona:

Las impresoras 3D que utilizan la tecnología FDM construyen un objeto capa por capa; calientan un material termoplástico a un estado semilíquido. FDM utiliza dos materiales para completar la impresión: un material de modelado y un material de apoyo. El primero constituye el producto final, mientras que el segundo actúa como andamio.

Las materias primas se suministran desde las bahías de la impresora y el cabezal de la impresora está diseñado para moverse en base a las coordenadas X e Y, controladas por la computadora. Sólo se mueve verticalmente (eje Z) cuando se ha completado una capa.

Las ventajas que ofrece FDM lo hacen apto para su uso en oficinas, ya que es un método limpio y fácil de usar.

 

Sinterización Láser Selectiva (SLS)

La invención de este proceso se atribuye a Carl Deckard y Joe Beamanand, investigadores de la Universidad de Austin, a mediados de la década de 1980.

Esta tecnología es similar a la estereolitografía pero sin el depósito lleno de polímeros. Los materiales duros (en forma de polvo) como el poliestireno, el vidrio, el nylon, algunos metales, incluyendo el titanio, el acero o la plata, o la cerámica son golpeados por un láser. Donde el láser golpea, el polvo se une para crear la forma. Todo el polvo no golpeado puede ser reutilizado para la siguiente impresión.
La impresora más conocida que utiliza este proceso es la impresora 3D SinterStation Pro SLS, impresora 3D profesional.

Cómo funciona:

Como todos los demás procesos de impresión en 3D, el proceso de creación de un objeto con una máquina SLS comienza con el diseño de un modelo en 3D utilizando un software de CAD. Estos archivos se convierten al formato.STL, que es reconocible por las impresoras 3D.

SLS utiliza materiales en polvo, generalmente plásticos como el nylon, para imprimir los objetos en 3D. El láser es controlado por una computadora que le da instrucciones para imprimir el objeto apropiado trazando una sección transversal del objeto sobre la materia prima (polvo).

El calor del láser es igual o ligeramente inferior al punto de ebullición de las partículas. Tan pronto como se forma la capa inicial del objeto, la plataforma de la impresora 3D no baja más de 0,1 mm para exponer una nueva capa de polvo. Capa por capa, se crea el objeto y hay que dejarlo enfriar antes de retirarlo de la impresora.

Modelado Multi-Jet (MJM)

El principio de funcionamiento de una impresora 3D que utiliza el modelado de chorro múltiple es muy similar al de una impresora de chorro de tinta. Este proceso a veces también se conoce como thermojet. Es un tipo de proceso de prototipado rápido que puede crear modelos de plástico similares a la cera.

Cómo funciona:

Las impresoras MJM tienen un cabezal que tiene docenas de boquillas lineales que rocían una sustancia de color similar al pegamento sobre una capa de resina en polvo. Debido a que esta tecnología no tiene las mismas limitaciones que el SLA, es capaz de producir objetos excepcionalmente detallados con espesores tan finos como 16 micras. Sin embargo, no son tan resistentes como los creados usando SLA.
Con este método, la impresora puede crear un objeto 3D similar a la cera capa por capa.

Existen otros métodos de impresión, pero son principalmente variaciones o variantes de las 4 técnicas principales que hemos visto.

Resistencia del material impreso en 3D

La gente a menudo se pregunta si los objetos impresos en 3D, en general, son lo suficientemente fuertes y valen la pena imprimirte tu propio objeto frente a comprar un producto listo para usa.

Resistencia del material

La fuerza no siempre es fácil de definir; mucho depende de lo que intente hacer con un objeto después de imprimirlo. ¿Lo estás doblando? ¿Colgando algo de él? ¿Necesita resistir el impacto o el calor? Diferentes materiales soportan diferentes combinaciones de dureza y resistencia a la tracción.

La mayoría de los entusiastas de la impresión en 3D conocen la resistencia de materiales comunes como el ABS, el PLA y el nylon. TriMech ofrece un resumen de las resistencias comunes a la tracción, incluyendo:

Tabla de resistencia a la tracción:

  • ABS 33MPa (4,700 psi)
  • Nylon 48MPa (7,000 psi)
  • PLA 50MPa (7,250 psi)
  • PC 68MPa (9,800 psi)
  • PEI 81MPa (11,735 psi)

PC significa policarbonato y es uno de los termoplásticos industriales más utilizados, pero no hay mucha gente que lo utilice en impresoras 3D tipo FFF/FDM.

PEI es resina de polieterimida, pero el nombre comercial popular es Ultem. Ultem es una familia de productos PEI fabricados por SABIC como resultado de la adquisición de la división de plásticos de General Electric en 2007.

PEI ofrece una resistencia a la tracción comparativamente alta.

Conclusión

Todos los tipos de procesos de impresión 3D tienen algunas cosas en común; todos ellos requieren un modelo 3D en formato.STL para que la impresora pueda entender los planos que tiene que desarrollar. Todos los tipos de impresoras 3D construyen objetos capa por capa; la mayor diferencia radica en la técnica que utilizan para solidificar las materias primas, así como en la naturaleza de las propias materias primas.

Por ejemplo, SLA utiliza un láser UV para curar el material (que está en forma líquida), mientras que SLS utiliza un láser para solidificar la materia prima que está en forma de polvo. Cada uno de los tipos ofrece su propio conjunto de ventajas para numerosos tipos de aplicaciones. Algunos son lo suficientemente limpios (¡y sencillos!) como para ser utilizados en hogares y oficinas, mientras que otros se limitan actualmente a aplicaciones industriales. No obstante, los rápidos avances en todas las tecnologías de impresión en 3D las están poniendo al alcance de los entusiastas de la tecnología y de los usuarios domésticos.

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