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La impresi?n 3D, tambi?n conocida como fabricaci?n aditiva en el mundo profesional, no es una tecnolog?a que funcione de una sola manera. De hecho, existen multitud de procesos que permiten imprimir un objeto en 3D. Aunque las t?cnicas utilizadas difieren en la forma, el principio sigue siendo el mismo. A diferencia de las t?cnicas de fabricaci?n tradicionales, que suelen implicar la eliminaci?n o el moldeado del material para conseguir la forma final deseada, este proceso consiste en la superposici?n de capas de material. El material se deposita con una impresora 3D seg?n las coordenadas XYZ (anchura, profundidad, altura) transmitidas por un archivo 3D. La siguiente gu?a revela c?mo funciona esta tecnolog?a paso a paso, as? como los materiales utilizados en el proceso de impresi?n 3D.

C?mo funciona una impresora 3D

La impresi?n 3D funciona a trav?s de varios procesos, que difieren seg?n la tecnolog?a y el tipo de impresora 3D utilizada. Estos procesos pueden clasificarse en tres grandes grupos:

- Dep?sito de material

- Solidificaci?n por la luz

- Aglomeraci?n por adhesi?n

Estos tres procesos funcionan con el mismo principio b?sico, es decir, la superposici?n de capas de material seg?n las coordenadas XYZ de un archivo 3D. La diferencia radica en la forma de depositar y procesar estas capas, as? como en el tipo de material utilizado.

Para la mayor?a de los procesos utilizados el usuario necesita:

- una impresora 3D

- consumibles (filamento, polvo, etc.)

- un archivo 3D (normalmente en formato STL u OBJ)

- un software de corte para cortar el archivo y transmitir las indicaciones a la impresora

- un ordenador

La forma de exportar los archivos a la impresora difiere seg?n la marca y el modelo: cable USB, Wi-Fi o tarjeta SD.

1. Impresi?n 3D por deposici?n de material

La mayor?a de las impresoras 3D personales, as? como las de empresas de servicios de impresi?n 3d Aranjuez al consumidor com?n, funcionan seg?n este principio. FDM es el acr?nimo de Fused Deposition Modeling. Este proceso fue inventado en 1988 por la empresa Stratasys y es una marca registrada. Tambi?n se denomina FFF (Fused Filament Fabrication) o incluso MPD (Molten Polymer Deposition), que son t?rminos libres de derechos. Esta t?cnica consiste en depositar capa a capa un filamento de material termopl?stico fundido a 200?C (de media) que, al superponerse, da forma al objeto.

El cabezal de impresi?n se desplaza en funci?n de las coordenadas X, Y y Z (longitud, anchura y altura) transmitidas por un archivo 3D correspondiente al modelo 3D del objeto a imprimir. Durante mucho tiempo limitada a materiales pl?sticos como los cl?sicos PLA y ABS, la impresi?n 3D ha visto la llegada de nuevos filamentos compuestos a base de metal (cobre, bronce, etc.), fibra de carbono e incluso madera. M?s raramente, algunas m?quinas utilizan ceras o policarbonatos. En la actualidad, la industria alimentaria y la medicina est?n adoptando gradualmente esta t?cnica para imprimir alimentos y c?lulas adaptando el cabezal de extrusi?n.

2 . Solidificaci?n por la luz

La estereolitograf?a es la primera t?cnica de impresi?n en 3D que se ha demostrado. Aunque la paternidad de este proceso suele atribuirse al estadounidense Charles Hull, fundador de 3D Systems, en realidad debemos esta invenci?n a tres franceses (Alain le M?haut?, Olivier de Witte y Jean Claude Andr?) cuyas patentes, aunque se registraron 3 semanas antes (el 16 de julio de 1984), lamentablemente no se renovaron.

Tambi?n llamada SLA (Stereolithography Apparatus), esta t?cnica consiste en solidificar un l?quido fotosensible mediante un rayo l?ser ultravioleta. Las impresoras SLA constan de cuatro partes principales: un dep?sito que puede llenarse con un l?quido fotopol?mero, una plataforma perforada que se baja al dep?sito, luz ultravioleta (UV) y un ordenador que controla la plataforma y el l?ser.

Al igual que la FDM, la impresora analizar? primero el archivo CAD y luego, en funci?n de la forma del objeto, a?adir? fijaciones temporales para sujetar las piezas que puedan colapsar. A continuaci?n, el l?ser comenzar? a golpear y endurecer instant?neamente la primera capa del objeto que se va a imprimir. Una vez endurecida la capa inicial del objeto, se baja la plataforma y se expone una nueva capa superficial de pol?mero l?quido. El l?ser vuelve a trazar una secci?n transversal del objeto que se adhiere instant?neamente a la pieza endurecida que hay debajo.

Este proceso se repite una y otra vez hasta que todo el objeto se haya formado y est? completamente sumergido en el tanque. A continuaci?n, la plataforma se elevar? para mostrar el objeto terminado en tres dimensiones. Una vez aclarado con un disolvente l?quido para eliminar el exceso de resina, el objeto se cuece en un horno ultravioleta para endurecer el pl?stico adicional.

Los objetos fabricados mediante estereolitograf?a suelen tener una buena calidad de acabado y detalle (0,0005 mm), lo que da lugar a superficies lisas y uniformes. En t?rminos de calidad, es una de las mejores t?cnicas de impresi?n 3D disponibles en la actualidad. El tiempo necesario para crear un objeto con esta t?cnica tambi?n depende del tama?o de la m?quina utilizada. El ALS tambi?n tiene la ventaja de poder producir piezas de gran tama?o (varios metros de longitud). Para estos objetos se tardar? varios d?as, unas horas para los m?s peque?os.

Las desventajas incluyen un coste m?s elevado que el FDM y una gama m?s limitada de materiales y colores debido a los pol?meros utilizados como materia prima. Los disolventes y los l?quidos polim?ricos tambi?n desprenden gases t?xicos durante la impresi?n, por lo que sus instalaciones deben estar equipadas con una campana extractora para la ventilaci?n.

Proceso Polyjet

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Esta tecnolog?a, patentada por la empresa israel?-estadounidense Objet Geometries Ltd (adquirida en 2012 por la estadounidense Stratasys), tambi?n funciona seg?n el principio de la fotopolimerizaci?n. Del mismo modo, el objeto se modelar? en 3D con un software especializado (AutoCAD, por ejemplo) y luego se enviar? su archivo a la impresora 3D. A continuaci?n, los cabezales de impresi?n depositan el material fotosensible gota a gota sobre un soporte de gel, seg?n las coordenadas transmitidas por el archivo.

Una vez depositado el material, se expondr? a un rayo ultravioleta que lo endurecer? al instante. La operaci?n se repite hasta obtener el objeto final, momento en el que s?lo queda limpiarlo. Con una precisi?n de 0,005 mm, es posible producir objetos con un alto nivel de detalle y piezas de ensamblaje que pueden encajarse como engranajes.

Objet Geometries ha perfeccionado esta t?cnica con el desarrollo de Polyjet Matrix. Con 96 puntas para cada uno de sus cabezales de impresi?n, el usuario puede combinar varios materiales diferentes, tanto blandos como duros. Al permitir al usuario crear su propio compuesto, este proceso ofrece la posibilidad de imprimir objetos m?s variados y complejos.

Sinterizaci?n l?ser

Esta t?cnica fue creada por un estudiante estadounidense en una universidad de Texas en 1980 y posteriormente fue desarrollada (2003) por la empresa alemana EOS. Tambi?n llamado SLS (Selective Laser Sintering), es un proceso de impresi?n l?ser. Esta vez, un rayo l?ser muy potente fundir? un polvo en puntos muy precisos definidos por un archivo STL que el ordenador comunica a la impresora 3D.

Las part?culas de polvo se fundir?n bajo el efecto del calor y acabar?n fusion?ndose. A continuaci?n, se extiende una nueva capa de polvo fino que se endurece de nuevo con el l?ser y se une a la primera capa. Este proceso se repite varias veces hasta que la pieza est? terminada. A continuaci?n, se levanta la pieza del polvo suelto y se cepilla el objeto y luego se lija o se lija a mano para dar los toques finales.

El polvo m?s utilizado para este tipo de impresi?n es la poliamida. Este material es de color blanco y es en realidad un nylon. Dar? a su objeto una superficie porosa sobre la que se puede pintar si desea darle color. Tambi?n pueden utilizarse otros componentes, como polvo de vidrio o cer?mica. A menudo los fabricantes utilizan una mezcla de dos tipos de polvos para obtener objetos m?s acabados.

DMLS son las siglas de Direct Metal Laser Sintering y se basan en el mismo principio. Este proceso permite producir objetos met?licos mediante la fusi?n de un polvo de finas part?culas de metal. Se pueden utilizar casi todos los metales. Esto abarca desde el cobalto hasta el titanio, el acero y aleaciones como el Inconel.

Aunque su precisi?n de impresi?n es inferior a la del SLA, el sinterizado l?ser puede producir piezas con un nivel de detalle bastante alto (0,1 mm) y una geometr?a compleja. Adem?s, el polvo restante que no ha sido sinterizado por l?ser puede reutilizarse la pr?xima vez. Por lo general, las piezas obtenidas con este proceso requieren un mayor acabado (mecanizado, pintura, barnizado, etc.) que la SLA debido a su aspecto algo granulado.

Aglomeraci?n de polvo por encolado

3DP (impresi?n tridimensional)

Desarrollado originalmente en 1993 en el Instituto Tecnol?gico de Massachusetts (MIT), el 3DP (Three-Dimensional Printing) es la base del proceso de impresi?n 3D de Z Corporation. El proceso consiste en extender una fina capa de polvo compuesto sobre una plataforma. A continuaci?n, el cabezal de impresi?n deposita en la plataforma finas gotas de cola de color, que se combinan para producir una amplia gama de colores. La plataforma se va bajando a medida que se van pegando las capas de polvo hasta obtener el objeto final.

Para terminar, hay que aspirar el exceso de polvo, cepillar y/o lijar la pieza y calentarla para finalizar la solidificaci?n. El 3DP tiene la ventaja de ser r?pido y ofrecer una amplia gama de colores. Hasta 6 veces m?s barata que una impresora 3D SLA, tiene un precio m?s atractivo a pesar de que a veces la precisi?n y la calidad de impresi?n son menores. Entre las desventajas, sin el tratamiento posterior a la impresi?n las piezas son m?s fr?giles y su superficie es m?s rugosa.