Hay una variedad de tecnologías de impresión 3D que nos brindan los modelos, prototipos, piezas de producción y patrones deseados. Pero cada técnica tiene su propio método de impresión capa por capa, características especiales y sus pros y contras.
En estos días, FDM es la tecnología más popular, pero es relativamente nueva para algunos otros métodos. La impresión 3D a base de resina es un clásico en el mundo de la impresión 3D, uno que fue el comienzo de todo. Hacen uso de un proceso llamado polimerización en cuba o fotopolimerización.
Desde el comienzo de la estereolitografía (SLA) en la década de 1980, patentada por Charles «Chuck» Hull, la polimerización en tina ha recorrido un largo camino. Ha crecido para incluir otros sistemas como el procesamiento de luz directa (DLP). Pero, ¿qué es la polimerización en tina en la impresión 3D?
La polimerización en cuba es un proceso que utiliza la fotopolimerización para imprimir objetos en 3D. En este proceso, una tina o un contenedor de resina de fotopolímero líquido se vuelve sólido cuando se expone a la luz ultravioleta (UV). A medida que la resina se endurece con la luz ultravioleta, una plataforma se mueve hacia abajo para imprimir el objeto capa por capa. SLA y DLP son algunos tipos de polimerización en cuba.
En una nota al margen, apuesto a que le interesaría echar un vistazo a nuestra investigación; ¿Por qué se inventó la impresión 3D? Historia, limitaciones y el futuro de la impresión 3D
¿Qué es la polimerización en tina en la impresión 3D?
La polimerización en cuba es un proceso de fabricación aditiva (FA) que endurece o «cura» selectivamente la resina líquida con luz ultravioleta. Uno de los primeros procesos AM, la estereolitografía, hace uso de la polimerización en cuba. (Fuente)
El material de impresión utilizado es un fotopolímero o una resina fotoactivada. Como su nombre podría revelar, es un polímero que cambia sus propiedades estructurales cuando se expone a una cierta longitud de onda de luz. Este proceso se llama fotopolimerización.
La resina presente en la tina está en forma líquida. La luz ultravioleta, uno de los tipos de luz más utilizados, se proyecta sobre la resina para endurecer las capas. La luz apunta a áreas específicas de la resina según el CAD e imprime el objeto 3D según sea necesario.
Este diagrama procedente de WhiteClouds proporciona un excelente ejemplo visual del proceso.
La plataforma se eleva repetidamente y se vuelve a sumergir en la cuba a medida que la luz (o láser) se dirige hacia la resina. Una vez que el diseño está completamente impreso, se drena la resina y se retira el objeto.
Una vez terminadas las piezas, generalmente se curan posteriormente con luz ultravioleta para mejorar sus propiedades estructurales y funcionales.
Consulte nuestro artículo sobre ¿Puede imprimir varios objetos 3D a la vez? Pros y contras
Subcategorías de polimerización en cuba: SLA y DLP
Puede resultar confuso al principio, pero las tecnologías de impresión 3D basadas en resina, como SLA y DLP, se encuentran bajo el paraguas de la polimerización en cuba. Son simplemente diferentes subcategorías de tecnología donde la resina de fotopolímero líquido se almacena en un tanque.
Lo que es único entre las dos técnicas de polimerización en tina es principalmente la fuente de luz. (Fuente) Esto también afecta la velocidad a la que se imprime un objeto en 3D y la calidad del objeto.
En SLA, como se muestra en el diagrama anterior, la fuente de luz UV es un láser. El rayo láser se mueve mediante espejos giratorios controlados por computadora para crear patrones precisos en la resina. En este proceso, cada punto de una capa se imprime de uno en uno, hasta completar la pieza.
DLP (Digital Light Processing), por otro lado, tiene proyectores UV. Utiliza un DMD (Digital Mirroring Device) compuesto por varios microespejos para navegar el haz producido por el proyector de luz.
Luego, la pantalla del proyector digital muestra una imagen de una capa en toda la plataforma. De esta manera, se endurece la capa completa de resina a la vez, todos los puntos se curan simultáneamente. Esto se repite hasta que todas las capas estén listas y el objeto esté completo.
Sin embargo, dado que las impresoras SLA curan la resina punto a punto, son muy precisas y tienen mayor calidad que una impresión DLP.
Por otro lado, DLP imprime más rápido que SLA. Debido a que puede imprimir una capa completa a la vez, reduce significativamente el tiempo de impresión, en comparación con las impresoras SLA.
Algunos de los fabricantes más conocidos de impresoras SLA son Formlabs, 3D Systems, DWS y DLP; Creador de B9, MoonRay.
Polimerización en tina vs FDM
Para comprender mejor la polimerización en tina, podemos comparar su funcionamiento con la tecnología de impresión 3D relativamente más nueva: la fabricación de filamentos fundidos (FFF). También se usa indistintamente con el término Modelado por deposición fundida (FDM), se usa principalmente entre los aficionados a la impresión 3D.
Una de las diferencias clave entre las dos tecnologías es la forma en que se involucra el material de impresión 3D. En una máquina FDM, el filamento termoplástico se deposita en una cama de impresión desde una extrusora o boquilla.
Sin embargo, en la polimerización en tina, la resina líquida se endurece selectivamente con luz ultravioleta mientras se asienta en una tina. No hay depósito de material en este caso.
Por supuesto, esto también destaca las diferentes materias primas que utilizan ambas tecnologías. La polimerización en cuba utiliza resina líquida de fotopolímero, mientras que FDM utiliza termoplásticos.
También es significativamente más fácil y económico operar una impresora FDM que una impresora SLA o DLP. Teniendo en cuenta únicamente el procesamiento posterior y el costo del material, FDM demuestra ser más económico que la polimerización en tina.
Por el contrario, los objetos impresos en 3D FDM son de menor calidad ya que esta tecnología tiene la «precisión y resolución dimensional más bajas en comparación con las otras tecnologías de impresión 3D». (Fuente)
Hablando de resolución, consulte nuestra publicación ¿Cuántos micrones hay en la impresión 3D? ¿Importan?
Pros y contras de la polimerización en cuba
Como cada tecnología de impresión 3D tiene su sabor único, la polimerización en tina también tiene algunas de sus ventajas y desventajas.
Ventajas de la polimerización en cuba:
- Altos niveles de precisión: permite la impresión precisa de detalles intrincados y diseños 3D complejos.
- Gran volumen de construcción: puede utilizar tanques muy grandes para imprimir en 3D objetos de gran tamaño.
- Proceso de impresión más rápido: la impresión con luz ultravioleta es un método más rápido que depositar material.
- Impresiones de alta resolución: la impresión 3D completa tiene un acabado superficial relativamente más suave.
- Resina reutilizable: la resina sobrante en el tanque después de una impresión se puede quitar y reutilizar para otras impresiones.
Desventajas de la polimerización en cuba:
- Relativamente costosa: la impresora Formlabs Form 3 cuesta alrededor de € 3500, mientras que la impresora FDM 2022 mejor considerada, Original Prusa i3 MK3S + cuesta € 750.
- Elección limitada de material: es bastante difícil encontrar una variedad especializada y de color para la resina curable con UV.
- Impresiones quebradizas: los objetos 3D terminados cuando se exponen a una exposición prolongada al sol pueden debilitarse.
- Puede necesitar soporte estructural adicional después de la impresión; es posible que el objeto impreso final no sea lo suficientemente resistente o duradero para un uso funcional.
- Algunas resinas son tóxicas; se debe tener especial cuidado al manipularlas, como usar guantes y gafas protectoras, y leer las propiedades del material antes de imprimir.
Aplicaciones de la polimerización en cuba
Un brazo y una mano protésicos impresos en 3D
Ahora que tenemos una idea de lo que es la polimerización en cuba, puede que nos sorprenda ver dónde y cómo se usa a nuestro alrededor.
Las aplicaciones más comunes de la polimerización en tina se encuentran en las industrias dental y médica. Por ejemplo, en la creación de audífonos, prótesis dentales y de otro tipo, herramientas de práctica quirúrgica, microagujas, etc.
Curiosamente, una Análisis del estudio de 2022 de la tecnología de fotopolimerización de tina nos presenta una tabla de varias de sus aplicaciones hasta el momento. ¡En la Tabla 7, mencionan la creación de estructuras de tejido vivo a pequeña escala hechas a través de esta tecnología!
Además, también se utiliza para formar joyas detalladas e intrincadamente diseñadas. Los revestimientos de los cascos y las suelas de los zapatos también son algunos de los productos menores de esta tecnología.
El estudio predice además que el campo de la robótica, los compuestos inteligentes y la electrónica flexible verán un mayor uso de la polimerización en tina en el futuro. Junto con un creciente interés en los órganos de bioimpresión.
En el aspecto comercial, los prototipos hechos de polimerización en tina son esenciales. Son una excelente manera de probar el diseño de su producto o como una estrategia de marketing para su producto final.
Resumen
En resumen, la polimerización en tina es una tecnología tan antigua como el comienzo de la impresión 3D. Utiliza resina de fotopolímero líquido como materia prima que se solidifica con luz ultravioleta.
Cada capa se solidifica de esta manera y la plataforma de construcción sube y baja repetidamente de la tina de resina hasta que el producto está completamente impreso.
SLA y DLP son las dos subcategorías más comunes de la tecnología de polimerización en tina, que también se conoce como fotopolimerización. La principal diferencia entre estas dos subcategorías es la fuente de luz.
SLA usa un rayo láser como fuente de luz mientras que DLP usa un proyector de luz UV. DLP también es más rápido que SLA ya que imprime capas simultáneamente en lugar de punto por punto de una sola capa.
La polimerización en tina ha visto muchos usos en la industria médica, dental, robótica, eléctrica y de la moda. También se prevé que desarrolle e incluya más aplicaciones en el futuro próximo.
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