Impresión 3D
El desarrollo de la tecnología nos ha permitido tener a la mano, con relativa facilidad, aquello que necesitamos o imaginamos. La impresión en dos dimensiones abrió el camino a lo que hoy conocemos como impresión 3D, pero más allá de las aplicaciones domésticas de esta tecnología, el mundo está cambiando gracias a su implementación.
Al investigar sobre el avance de la impresión 3D es inevitable darnos cuenta del potencial que tiene, haciendo posible que cualquier persona con los conocimientos mínimos pueda crear prototipos de piezas, juguetes y decoraciones en cuestión de horas.
Qué es la impresión 3D
La impresión 3D no es más que la tecnología asociada a la fabricación de piezas en tres dimensiones, este es un proceso caracterizado por la adición de material en capas sucesivas. No existe un proceso único para la impresión 3D, así como tampoco se usa un solo material, de hecho, cada vez se hace más popular el uso de técnicas más avanzadas que dan mejores resultados y que nos dan la posibilidad de usar otros materiales.
Cómo funciona la impresión 3D
El proceso de la impresión 3D es bastante sencillo y no se diferencia mucho de otros tipos de impresión. Lo primero que debemos tener en cuenta es que la alimentación de la impresora 3D es de dos tipos, por un lado, está el modelo a crear y, por el otro, el material, o materiales, con que se creará.
Actualmente, para fines domésticos, existen bancos de modelos 3D que se pueden descargar y que son de código abierto, es decir, que se pueden modificar.
Para transmitir el modelo a imprimir a la máquina, se hace uso de un software especializado en el diseño 3D. Una vez que se tiene el modelo segmentado en finas capas, la máquina irá rellenado cada capa con el material. Al terminar una capa, continua con la siguiente. En este proceso, la altura de la capa es importante, debido a que influye en el resultado final. Lo ideal es que se impriman en tantas capas como sean necesarias para que se respete el grosor óptimo del material usado. A mayor cantidad de capas, más lento es el proceso, pero el producto final es de mejor calidad.
Otro factor que influye en la calidad de la impresión, sobre todo cuando nos referimos a termoplásticos, es la temperatura de trabajo.
Al ser capas muy finas, podríamos decir que la impresión 3D es la suma de muchas impresiones en 2D, por eso se le llama fabricación aditiva. Los materiales más usados en la impresión 3D son termoplásticos, pero en procesos más sofisticados podemos encontrar impresoras que trabajan con resinas, metales y polímeros.
Diferencia entre la fabricación aditiva y la impresión 3D
Si bien hemos dicho que la impresión 3D es un proceso de fabricación por adición o aditivo, no significan que sea el único. La fabricación aditiva va más allá de la impresión 3D e incluye todos los procesos en donde se van agregando capaz de material para formar un producto final. La impresión 3D es, por consiguiente, uno de los varios procesos que satisface la definición de fabricación aditiva.
Impresión según la naturaleza del material
De acuerdo con el tipo de material que se use para la impresión 3D, encontraremos procesos y máquinas distintas. Asimismo, las aplicaciones de la impresión dependen directamente del material de fabricación. Por ejemplo, en aplicaciones industriales, las piezas requeridas deben contar con características físicas y de resistencia particulares.
Impresión de resinas, plásticos y polímeros
Esta es la más popular en la actualidad entre los que desean experimentar con la impresión 3D. Dependiendo del proceso, puede ser económicamente accesible y la calidad de la impresión dependerá de las condiciones de trabajo de la máquina.
El proceso más conocido para la impresión de plásticos es el Modelado por Deposición Fundida o FDM. Con el Modelado por Deposición Fundida, la máquina es alimentada por un filamento de plástico, el cual es derretido hasta alcanzar una viscosidad ideal para crear cada capa de nuestro modelo 3D. En este proceso existen tres elementos fundamentales: una cama de impresión que sirve como base para la pieza, el cabezal de extrusión que es el que derrite el plástico y lo añade en capas y el filamento.
Las máquinas que funcionan por Modelado por Deposición Fundida trabajan a 200 °C aproximadamente y los materiales más usados son el ácido poliacético (PLA) y el Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
Otras tecnologías usadas para la impresión en plásticos, polímeros y resinas son:
Sintetizado Selectivo Láser
Con este proceso no hace falta el uso de aglutinantes o de una etapa de ensamble, es decir, se puede imprimir una pieza completa de una vez. La impresión por Sintetizado Selectivo Láser se alimenta con polvos fusionados que llegan a la temperatura adecuada gracias a un láser de CO2. Este láser escanea el contorno de la capa que va a generar y luego fusiona selectivamente el polvo sobre la placa de construcción. Una vez que realiza esta operación, se alimenta más polvo y se repite el proceso. Puedes reconocer este proceso porque la pieza final está cubierta del polvo no fusionado que resta de cada capa. Para este proceso se usan poliamidas y polipropilenos.
Estereolitografía
Para este proceso, la máquina cuenta con piezas fundamentales entre las que están: la bandeja de resina, un láser ultravioleta, un especio galvanómetro, la óptica de enfoque, una plataforma móvil para el eje Z y un sistema de raspado para el eje X. La función del láser es barrer la superficie de la resina que se encuentra en estado líquido, de acuerdo con el modelo que se quiere imprimir. Luego de que esa capa se solidifica, se sigue con la siguiente hasta completar la pieza. La impresión se limpia con disolventes basados en alcoholes; este proceso requiere un procesamiento posterior a la impresión que garantiza la fuerza del material.
Material Jetting
También trabaja con resina líquida, la cual se calienta entre los 30 y 60 °C, aportando la viscosidad deseada. Esta resina se alimenta de forma similar a las impresoras de inyección de tinta. En este proceso, el material se agrega en forma de pequeñas gotas. Una vez que se crea esta capa, es curada con luz ultravioleta. La ventaja de este proceso es que se puede imprimir a todo color y haciendo uso de distintas resinas a la vez.
Inyección aglutinante o Binder Jetting
Con este proceso se pueden usar materiales como cerámicas, yeso, arena, polímeros granulares y metales. En este caso, el material se va colocando en polvo con la ayuda de un rodillo, luego se agrega el agente aglutinante en pequeñas gotas.
Impresión de metal
La impresión de metal es un proceso muy atractivo a nivel industrial porque permite, entre otras cosas, la creación de nuevas piezas a un menor coste, ya que no tendrían que ser importadas, sino que se puede fabricar en el lugar. Para este proceso se utilizan varias técnicas que veremos a continuación:
Direct Metal Laser Sintering es un proceso patentado en 1990 y también se le conoce como fusión láser de lecho de polvo. El proceso comienza luego que tenemos el modelo a imprimir. La cámara de impresión se llena con gas inerte y se calienta hasta la temperatura de impresión deseada. Una vez que ocurre esto, una capa fina de polvo es depositada en la bandeja. La altura de esta capa depende del grosor de las láminas de nuestro modelo a imprimir. Con un láser de fibra óptica se barre la pieza de forma transversal; en el proceso, las partículas se van fusionando. El proceso se repite hasta obtener la pieza. Antes de retirar la pieza, debemos esperar hasta que el polvo restante baje su temperatura. Los metales más usados son las aleaciones de Cobalto-Cromo, aceros inoxidables, Inconel, Aluminio y Titanio, también se puede usar Oro, Plata y Platino.
Existen métodos similares al DMLS con la diferencia de que, en la construcción directa de láser aditivo, el material no se fusiona en la forma de la capa, sino como una especie de cordón de soldadura que va creando la pieza.
Asimismo, tenemos la pulverización en frío, en el cual, los polvos del metal son proyectados sobre el soporte; esta proyección se lleva a cabo empleando Helio.
El Binder Jetting también se usa con metales, pero este requiere que se le realice un tratamiento adicional a la pieza debido a su gran porosidad. De no hacerse el tratamiento, las piezas metálicas no gozarían de gran resistencia mecánica.
Otros métodos usados para la impresión 3D
- Fotopolimetización por absorción de fotones. Para este proceso se utiliza un bloque de gel y un láser. El gel se va solidificando en las zonas donde el láser se enfoca. Una vez finalizada, se retira el exceso de gel.
- Impresión de hielo. Es un proceso nuevo que se basa en el enfriamiento para formar la pieza
Aplicaciones de la impresión 3D
Al poder crear piezas de todo tipo y de distintos materiales, la impresión 3D puede ser útil en estas áreas:çSalud y medicina. Se pueden imprimir partes del cuerpo que sean toleradas por el organismo. Esto supone un avance en el área de las prótesis y la odontología.
- En la industria. Para crear piezas de maquinarias industriales a medida, sin tener que invertir en almacenes para el stock. Además, es un proceso más económico y se pueden tener las refracciones más rápidamente.
- En la moda. Para crear nuevas experiencias jugando con texturas y materiales. Un ejemplo de su uso es la impresión de suelas de zapatos.
- Alimentación. Se ha experimentado con impresión 3D para la creación de formas comestibles.
- Para entretenimiento. Con una impresora podemos dejar volar nuestra imaginación y crear piezas con usos diversos.