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¿Qué es la impresión 3D en resina?

impresión 3d resina

¿CÓMO FUNCIONA? ¿PARA QUÉ SIRVE?

 

La impresión 3d por estereolitografía es un tipo de impresión 3D llamado fotopolimerización, que también se denomina genéricamente impresión 3D en resina. Todas estas impresoras funcionan utilizando una fuente de luz, como un láser, un proyector o una luz ultravioleta, para transformar distintos tipos de materiales de impresión líquidos en plástico sólido. Esta guía de impresión 3D en resina intentará ayudarle a entender cómo funciona.

impresión 3d resina

 

¿CÓMO NACIÓ LA ESTEREOLITOGRAFÍA?

El Dr. Hideo Kodama, investigador japonés, tuvo la idea de construir capas estereolitográficas en los años setenta. Consiguió obtener las primeras piezas en 3D curando polímeros fotosensibles con luz ultravioleta.

Hideo Kodama estereolitografia

Hideo Kodama

Fue entonces Charles W. Hull quien inventó la palabra "estereolitografía". En 1986, obtuvo la patente de la tecnología y fundó 3D Systems para venderla. Hull explicó que el método funciona "imprimiendo" finas capas de un material que se endurece cuando se expone a la luz ultravioleta.

Aunque la impresión 3D SLA fue la primera en utilizarse, no fue el primer método de impresión 3D de uso generalizado y popular. Cuando las patentes empezaron a caducar en 2009, la impresión 3D de sobremesa de pequeño formato hizo más accesible la fabricación aditiva, pero en realidad fue el modelado por deposición fundida (FDM) la primera técnica de fabricación aditiva que se utilizó en plataformas de sobremesa.

Las impresoras 3D FDM (Fused Deposition Modeling), sin embargo, no satisfacen todas las necesidades profesionales, pero se les atribuye el auge de los makers; personas que conocieron y aceptaron la impresión 3D como una nueva forma de fabricar un modelo 3D y que no tenían dinero para comprar la tecnología SLA.

 

¿QUÉ VENTAJAS OFRECEN LAS PIEZAS MOLDEADAS EN RESINA?

Las piezas impresas en resina 3D ofrecen la mejor resolución, precisión, detalles más nítidos y acabados superficiales más suaves de todas las técnicas utilizadas para la impresión en 3D, aunque a costa de la posproducción asociada a la eliminación del material.

Además, en los últimos años, los fabricantes de materiales han desarrollado nuevos procesos para producir nuevos tipos de resinas con un amplio espectro de propiedades ópticas, mecánicas y térmicas comparables a las de los termoplásticos convencionales, con aplicaciones aplicaciones de la impresión a nivel industrial y de ingeniería cada vez más novedosas.

A medida que mejora la impresión en resina 3D, cambia la forma de fabricar prototipos y productos en las empresas. A medida que la tecnología se vuelve más barata y fácil de usar, y que el hardware y los materiales mejoran para satisfacer las necesidades y oportunidades del mercado, los diseñadores, ingenieros y otros profesionales incorporan esta tecnología a sus flujos de trabajo durante todo el proceso de desarrollo.

Profesionales de todo tipo de campos están utilizando este proceso de impresión 3D de alta resolución y precisión para desarrollar prototipos y producciones más rápidamente, mejorar los procesos de producción e incluso desarrollar modelos de negocio completamente nuevos.

Por último, este proceso de impresión 3D de alta calidad puede utilizarse ahora para producir prototipos totalmente funcionales, incluso con algunas resinas estándar, y puede competir por fin con el moldeo por inyección para tiradas cortas.

 

¿CÓMO FUNCIONA UNA IMPRESORA DE RESINA? ¿CUÁLES SON LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE ESTEREOLITOGRAFÍA?

Las impresoras 3D de resina se clasifican en tres macrocategorías: SLA, DLP y MSLA. Para compararlas, siga leyendo:

 

1. ¿CÓMO FUNCIONA LA TECNOLOGÍA SLA?

La estereolitografía (SLA) es el método más tradicional de impresión 3D. Funciona exponiendo una capa de resina líquida fotosensible a un rayo láser UV; la resina se solidifica en el modelo deseado y el objeto se crea capa a capa hasta que está terminado. Esto permite imprimir un modelo con un nivel de detalle excelente.

 

La calidad de esta tecnología varía mucho en función del tipo de impresora. Aunque esta tecnología ha evolucionado, está empezando a quedar obsoleta debido a su lentitud, ya que el rayo láser tiene que dibujar cada capa individual como un lápiz, y al limitado volumen de impresión debido a la ovalización del punto láser en los bordes de la construcción. En realidad, se ha intentado superar el problema del tamaño del plano de impresión insertando dos o más láseres que, sin embargo, no impiden que se vea una línea de costura en las piezas realizadas en todo el plano.

 

2. ¿CÓMO FUNCIONA LA TECNOLOGÍA MSLA?

La MSLA (Masked Stereolithography) sigue siendo estereolitografía, pero mientras que la tecnología SLA utiliza un láser para seguir las capas y suele reservarse para aplicaciones industriales debido a su elevado coste, la MSLA cura una capa completa simultáneamente utilizando una matriz de LED ultravioleta (UV) y una pantalla LCD. Inicialmente limitada por el bajo brillo de las pantallas LCD y su escasa resolución, ahora está sustituyendo a la SLA debido a la enorme mejora de las pantallas LCD y a velocidad de impresión hasta 20 veces más rápidas con resultados de calidad comparables.

 

3. ¿CÓMO FUNCIONA LA TECNOLOGÍA DLP?

El procesamiento digital de la luz (DLP) fue un paso evolutivo intermedio entre la tecnología SLA y la MSLA. Esta tecnología es intrínsecamente más rápida que la SLA: una capa de material endurecido puede producirse en segundos y transferirse rápidamente para permitir la impresión de la siguiente capa. Las impresoras 3D DLP endurecen la resina líquida utilizando lámparas de arco en lugar de un rayo láser UV, lo que acelera enormemente la producción, aunque no a los niveles de las últimas impresoras MSLA.

MSLA vs SLABy Dsazer25 - Own work, CC BY-SA 4.0,

 

5 SÓLIDAS RAZONES PARA ELEGIR LA IMPRESIÓN 3D EN RESINA:

A los ingenieros, diseñadores, fabricantes y otros profesionales les encanta la impresión 3D con resina porque pueden producir piezas con detalles finos, superficies lisas y el máximo nivel de precisión y exactitud, además de propiedades mecánicas como isotropía, impermeabilidad y versatilidad de materiales. Pero pongamos las ventajas en orden:

 

1. ISOTROPÍA

Dado que la impresión 3D crea piezas mediante la superposición de capas de material, el rendimiento mecánico puede depender de cómo se oriente la pieza en relación con el proceso de impresión, y los ejes X, Y y Z pueden tener propiedades diferentes.

Las impresoras 3D de resina fabrican piezas que reducen en gran medida este problema. En este caso, la isotropía de una pieza depende de una serie de factores que pueden controlarse estrechamente combinando la química del material con el proceso de impresión. Durante este tipo de proceso de impresión, las piezas de resina forman enlaces covalentes que mejoran el rendimiento en el eje vertical.

Estos enlaces hacen que la pieza sea isótropa e impermeable cuando está totalmente curada. A nivel atómico, los planos X, Y y Z son iguales. Esto hace que las piezas funcionen siempre igual, lo que es importante para cosas como plantillas y accesorios, piezas de uso final y prototipos funcionales.

impresión 3d resina ejemplo

 

2. IMPERMEABILIDAD

Los objetos impresos en 3D con resina son de una sola pieza, aunque tengan partes sólidas o canales en su interior. Esta capacidad de mantener el agua fuera es importante para las tareas de ingeniería y fabricación que implican el control y la predicción del flujo de aire o fluidos. Ingenieros y diseñadores aprovechan esta importante propiedad para resolver problemas, por ejemplo, con el flujo de aire y fluidos en automóviles o en la investigación biomédica y productos de consumo como electrodomésticos de cocina.

impresión 3d resina ejemplo

 

3. PRECISIÓN Y TOLERANCIA

La impresión 3D en resina se utiliza en sectores como la odontología y la fabricación clásica para producir piezas precisas y exactas. Para que el proceso de impresión produzca piezas exactas y precisas, no sólo es necesario contar con una impresora adecuada, sino también controlar cuidadosamente las temperaturas de producción y la calidad de la resina.

Observar cuidadosamente estos parámetros con la impresión 3D de resina da como resultado la mayor precisión y tolerancias de cualquier tecnología de impresión 3D del mercado.

El depósito de resina calentado y el entorno de impresión cerrado facilitan que todas las impresiones sean prácticamente iguales. En comparación con las tecnologías que utilizan termoplásticos que funden la materia prima, la impresión a menor temperatura también garantiza una mayor precisión. De hecho, en la estereolitografía se utiliza luz en lugar de calor, por lo que el proceso de impresión tiene lugar prácticamente a temperatura ambiente, lo que reduce en gran medida los problemas de dilatación y contracción térmica típicos de otras tecnologías.

impresión 3d resina ejemplo

 

4. DETALLE Y SUPERFICIE LISA

Cuando se trata de fabricar superficies lisas, la tecnología estereolitográfica es sin duda la mejor, y las piezas suelen dar la impresión de estar hechas con métodos tradicionales como el mecanizado, el moldeo por inyección y la extrusión.

La calidad superficial de las resinas es, por tanto, muy buena para aplicaciones que requieren un acabado liso, y este excelente punto de partida también facilita y acelera el tratamiento posterior, como el lijado, el pulido o el pintado de las piezas.

Pero, ¿cuál es la relación entre la resolución real y el resultado final? En general, la resolución de una impresora 3D se mide por la altura de capa del eje Z. En las impresoras de resina, puede oscilar entre 5 y 300 micras, y generalmente se busca un compromiso entre velocidad y calidad en torno a las 100 micras.

Las impresoras FDM y SLS suelen imprimir capas en el eje Z de entre 100 y 300 micras de grosor, pero hay que tener muy en cuenta que una pieza fabricada a 100 micras en una impresora FDM o SLS tendrá un aspecto mucho peor que una pieza de 100 micras impresa en una impresora SLA.

Como las paredes perimetrales exteriores de una resina SLA impresión 3d son rectas y la capa recién producida interactúa con la capa anterior, el efecto de escalado se mitiga, lo que confiere a una impresión SLA una superficie más lisa nada más salir de la impresora. Las impresiones FDM suelen tener capas fáciles de ver, mientras que las SLS tienen una superficie granulada donde se ha sinterizado el polvo.

impresión 3d resina ejemplo

 

5. VERSATILIDAD

Es apasionante trabajar con resinas, ya que hay tantas propiedades diferentes que ofrecen infinitas soluciones a quienes tienen la paciencia y la perseverancia de buscarlas. Las resinas utilizadas en el mundo de la impresión 3D pueden ser blandas o duras, estar rellenas de una amplia variedad de otros materiales como vidrio o cerámica, o tener propiedades mecánicas como la deflexión a altas temperaturas o la resistencia al impacto.

Los materiales utilizados en el prototipo pueden ser específicos de un sector, como en el caso de las resinas dentales, o pueden adaptarse a distintos sectores en general. Estos materiales están fabricados de tal forma que son versátiles y funcionan bien incluso cuando se les exige un rendimiento nuevo e innovador.

En algunos casos, las empresas fabrican las piezas internamente, pero cada vez más para aplicaciones individuales, ya que muchas empresas se han dado cuenta de que los conocimientos técnicos para todas estas soluciones diferentes pueden ser más caros que un servicio de impresión 3D en resina que proporcione piezas buenas de forma constante sin demasiadas paradas.

impresión 3d resina ejemplo

 

BIBLIOGRAFÍA

Photo-curing 3D printing technique and its challenges - science direct

Advances in SLA/DLP 3D printing materials and processes - green chemistry

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