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El campo de la impresión 3D ha experimentado un enorme crecimiento tecnológico en los últimos años gracias a la diversidad y utilidad de sus aplicaciones. Además de su amplio uso en la creación rápida de prototipos, la impresión 3D se ha utilizado para fabricar bienes de consumo e industriales, así como artículos utilizados en el sector sanitario y de servicios. A medida que se desarrollen más aplicaciones para la impresión 3D, podemos esperar que la tecnología siga evolucionando y transformando aspectos de nuestra vida cotidiana.
La tecnología detrás de la impresión 3D también se ha vuelto tan diversa como sus aplicaciones. Las opciones de software de modelado 3D varían desde software de grado industrial que puede costar más de mil euros, hasta software gratuito de código abierto como Tinkercad y Blender. De manera similar, también hay una variedad de hardware disponible para crear impresiones 3D, cada uno con su propia técnica y tecnología. En este artículo, abordamos cómo se comparan las diferentes tecnologías de impresión 3D entre sí y analizamos las fortalezas y limitaciones de cada opción.
1. Modelado por deposición fundida (FDM)
La impresión 3D mediante modelado por deposición fundida (FDM) es el método más utilizado debido a que la tecnología es relativamente simple, fácil de usar y menos costosa. Este método aditivo comienza con el material de producción (como el filamento ABS o PLA) que se alimenta desde un depósito a través de una boquilla de impresora calentada. Debido a la alta temperatura de la boquilla, el material se convierte en un estado semilíquido a medida que se extruye. Después de salir de la boquilla, el material se endurece casi inmediatamente y se adhiere a la capa que se encuentra debajo.
La boquilla se mueve a lo largo de una trayectoria predeterminada, controlada por el software de impresión 3D que está en interfaz con la impresora 3D. El modelo 3D real ya ha sido dividido en «cortes» por el software y esto se traduce en el mundo real en capas que la boquilla de la impresora construye una sobre otra.
La tecnología de impresión 3D FDM es la más asequible que existe en la actualidad y se ha convertido en la tecnología preferida para proyectos de impresión 3D para uso personal. Las impresoras FDM de escritorio, como la MakerBot Replicator, se han vuelto muy populares debido a sus bajos costos y facilidad de uso. Estas impresoras 3D de escritorio «plug and play» pueden incluso incluir un par de funciones ingeniosas que pueden atraer a los usuarios ocasionales, como la conectividad a la nube y una cámara incorporada.
Los materiales de producción que se utilizan en las máquinas FDM, generalmente filamentos ABS o PLA, se consideran ambientalmente y mecánicamente estables. El método también produce objetos que son duraderos frente a la tensión mecánica, la corrosión química y los daños causados por cambios bruscos y grandes de temperatura. Por ello, la impresión FDM se ha utilizado ampliamente para crear prototipos, ayudas de fabricación y piezas de uso final de bajo volumen. Con una excelente relación resistencia-peso, se ha demostrado que los productos FDM son funcionales y duraderos.
La principal limitación del proceso de impresión FDM es que lleva más tiempo que imprimir el mismo objeto con una tecnología diferente, como SLA o SLS. Los productos FDM en bruto también deben limpiarse del material de soporte y también tienen líneas de capas visibles. Por lo tanto, es necesario un proceso de acabado posterior a la producción para limpiar el producto. La mayoría de los usuarios o empresas utilizan procesos como el lijado y la pintura para lograr un aspecto liso y acabado.
2. Estereolitografía (SLA)
Mientras que la impresión con FDM depende de que el material se extruya por capas, la impresión con estereolitografía (SLA) parece visualmente todo lo contrario. En lugar de un filamento de plástico, el material de producción en una impresión SLA es un tanque de fotopolímero curable por UV. Los datos CAD, que también se han dividido en «cortes» distintos, se introducen en la impresora SLA, que luego emite luz ultravioleta en el tanque de fotopolímero. Este haz de luz ultravioleta sirve para curar el fotopolímero, creando una capa sólida muy fina. Una vez que se completa una capa, la plataforma de construcción se mueve hacia abajo para dejar espacio para la siguiente capa.
Una vez terminada la pieza, el producto terminado se separa de la plataforma de construcción y se somete a un baño químico para eliminar el exceso de resina. Las piezas impresas mediante SLA deben someterse a un curado final en un horno ultravioleta para garantizar un endurecimiento completo.
Debido al uso de la tecnología láser UV, las piezas impresas mediante SLA suelen ser las más precisas y de mayor resolución. Normalmente, se requiere muy poco acabado, ya que los objetos impresos quedan suaves al tacto. Los modelos creados mediante SLA se han utilizado principalmente para modelos conceptuales de forma y ajuste, o como patrones maestros para aplicaciones de moldeo. La impresión mediante SLA también suele ser el método más rápido en comparación con la impresión de los mismos objetos mediante FDM o SLS.
El principal inconveniente de las impresoras SLA es su precio más elevado en comparación con las que utilizan otros métodos. Las impresoras SLA de escritorio ya están disponibles, pero siguen siendo significativamente más caras que sus homólogas FDM. La impresora Form 1+ de Formlabs es probablemente la mejor opción para los consumidores interesados en una impresora SLA de escritorio. El material de producción de fotopolímero también requiere un manejo especial, que puede tenerse en cuenta en el coste del método. Al diseñar modelos para la impresión SLA, el usuario debe tener en cuenta las estructuras de soporte, ya que las impresoras SLA no las tienen en cuenta automáticamente. Por lo tanto, la impresión SLA requerirá un mayor nivel de planificación y experiencia para producir impresiones de buena calidad.
3. Sinterización selectiva por láser (SLS)
La sinterización selectiva por láser (SLS) es otro método de impresión 3D aditiva que funciona utilizando un láser para fundir y fusionar materias primas en polvo para formar un único objeto sólido. El polvo utilizado para imprimir con este método puede estar hecho de una variedad de materiales: pueden ser poliamidas (como el nailon), silicatos, poliestireno o incluso metal. Al comienzo del proceso de impresión, un rodillo nivelador distribuye uniformemente una fina capa del material en polvo sobre la plataforma de construcción. A continuación, un láser de CO2 golpea la capa de polvo en un punto predeterminado por el software de impresión 3D, que a su vez ha separado el modelo 3D en «cortes».
Los láseres que se utilizan en las impresoras SLS pueden alcanzar distintas temperaturas. Pueden calentar el material en polvo justo por debajo o por encima de su punto de fusión. En cualquier caso, esto hace que las partículas se fusionen y formen una capa sólida. Una vez que la capa se ha sinterizado, la plataforma de impresión desciende para dejar espacio para la siguiente capa. El rodillo nivelador crea otra capa fina del material en polvo y el proceso se repite hasta que se completa la pieza. Antes de poder retirar la pieza terminada de la impresora, el usuario debe esperar a que se enfríe.
La mayor fortaleza de la impresión SLS es su flexibilidad y versatilidad. Al trabajar con polvos, es capaz de utilizar la más amplia gama de materias primas. El proceso también elimina la necesidad de proporcionar estructuras de soporte, ya que el polvo no utilizado actuará como soporte a medida que avanza la producción de la pieza. La ausencia de la necesidad de un soporte, así como la naturaleza en polvo de sus materias primas, permite que la impresión SLS produzca formas geométricas complejas.
Las piezas producidas mediante el método SLS son ligeras, muy duraderas y tienen buena resistencia al calor y a la degradación química. Esto hace que el método SLS sea especialmente útil para producir piezas muy complejas sin necesidad de herramientas costosas y que requieren mucha mano de obra. Los productos terminados de SLS suelen tener una superficie porosa y rugosa, que necesita un poco de acabado para quedar lisa y pulida.
De los tres métodos de impresión 3D que ya hemos comentado, el SLS es probablemente el más caro y el menos accesible para los usuarios ocasionales. Actualmente no existen impresoras 3D SLS de consumo. En cambio, las impresoras SLS suelen ser grandes y costosas. Por ello, solo las empresas profesionales y los proveedores de servicios de impresión 3D utilizan impresoras SLS.
4. Fabricación de filamentos fundidos (FFF)
El cuarto método, la fabricación con filamentos fundidos (FFF), se refiere a un proceso mediante el cual se coloca y se «fusiona» un material de filamento, como ABS o PLA. Ahora bien, ese proceso suena sospechosamente similar al FDM, y con razón. ¡FFF y FDM son en realidad términos alternativos que se refieren al mismo proceso!
Para determinar la causa raíz de esta situación confusa, sería útil analizar la historia de cómo se desarrolló el proceso. La tecnología fue desarrollada por primera vez por Stratysys Inc., que procedió a acuñar y registrar como marca el término «modelado por deposición fundida» para referirse al proceso. A medida que la impresión 3D se hizo más común, los fabricantes tuvieron que inventar su propio término para poder hablar de la tecnología abiertamente sin temor a infringir las normas de marca registrada. Así nació la «fabricación con filamento fundido».
Esto significa que no existe un «cuarto» método. Los términos FDM y FFF se refieren exactamente al mismo proceso, y todos deberíamos hacer nuestra parte para aclarar esta confusión. ¿Existe un término más preferido para usar? La mayoría de las referencias utilizan FFF, pero ambos términos se han incorporado al léxico de la impresión 3D y se usan ampliamente en todas partes.
Envolviéndolo
Cada uno de los tres métodos de impresión 3D que se analizan aquí (FDM, SLA y SLS) tiene sus propias ventajas y limitaciones que los hacen especialmente adecuados para aplicaciones específicas. Ya sea que busque presupuesto, precisión y calidad de acabado, sin duda podrá elegir el método que mejor se adapte a sus necesidades. A medida que la tecnología de impresión 3D siga evolucionando, puede esperar ver mejoras aún mayores en todos estos tipos de tecnología, haciéndolas más rápidas, más compactas y menos costosas.
Advertencia: las impresoras 3D nunca deben dejarse sin supervisión, ya que pueden suponer un riesgo de incendio.