¿Qué es la impresión 3d? ¿Qué es la fabricación aditiva y qué tecnologías existen? En este post te explicaremos en qué consiste la impresión 3d, cuáles son sus principales ventajas y sus tecnologías.
Tabla de Contenidos
Introducción
La fabricación aditiva, coloquialmente denominada impresión 3d, aunque parezca una tecnología novedosa lo cierto es que existe desde hace más de 35 años y es ahora en los últimos años cuando más se ha dado a conocer debido a la liberación de patentes.
La fabricación aditiva se encuentra dentro de la denominada 4 ª revolución industrial vinculada con el desarrollo de las TIC (tecnologías de la información y comunicación) dadas las múltiples ventajas industriales que aporta y su rápida respuesta a las necesidades del mercado.
Historia de la impresión 3d
1976 – Inicios de la impresión 3d
Comienzan las investigaciones de máquinas y materiales de fabricación aditivos.
1980/81 – Primeros desarrollos.
Hideo Kodama, del Instituto Municipal de Investigaciones Industriales de Nagoya comenzó a desarrollar métodos de fabricación por adición de material a través de polímeros fotoendurecibles pero no llegó a completarlo debido a falta de inversión, al igual, que le ocurrió a Olivier de Witte con la aparición de una patente previa tres semanas antes a la suya.
1984/86 – Nace la Estereolitografía
Chuck Hull, investigador destacado en la óptica iónica y quién se convertiría en el co-fundador de 3D Systems, idea el primer método de impresión 3d, la Estereolitografía (SLA), que emplea resina líquida fotosensible para conformar el objeto tridimensional. Chuck Hull, comienza la comercialización de las primeras máquinas de impresión 3d. Hull contribuye así mismo con el diseño del formato de archivo STL (STereoLithography), aceptado por la mayoría de softwares de la actualidad.
1987 – Se desarrolla una nueva tecnología: Sinterizado Láser Selectivo
En 1987, Carl Deckard de la Universidad de Texas comienza a desarrollar una técnica de fabricación que emplea polvo de material para fabricar el modelo 3d, al contrario de la resina líquida de Chuck Hull. Nacen las primeras máquinas de sinterizado por láser, lo que revolucionará la forma de fabricación a nivel industrial.
1987 – Se patenta la impresión 3d por deposición fundida
S. Scott Crump, junto con su esposa Lisa Crump, inventan y patentan el modelado por deposición fundida (FDM), tecnología que se aplica en la mayoría de impresoras de «uso personal» que vemos habitualmente. Esta técnica utiliza un polímero que se deposita capa a capa para dar forma a la pieza.
Se crea así la empresa Stratasys, empresa puntera en impresión 3d.
1999 – Impresión de órganos y tejido
Es el Instituto de Medicina Forestal Wake el que comienza a investigar y logra la impresión 3d de órganos a partir de las células propias del paciente reduciendo el riesgo de rechazo.
2004/08- Impresoras 3d de código abierto
Adrián Bowyer funda RepRap, Universidad de Bath. Nace un proyecto de colaboración global en código abierto para la creación de máquinas auto-replicantes con el objetivo de extender la tecnología a todos los públicos a un coste reducido.
En 2008, nace el primer kit de montaje de una impresora 3d, desarrollada por RepRap y que toma el nombre de «Darwin» en honor a uno de los biólogos de la evolución. Dicha impresora 3d está compuesta por elementos plásticos (piezas generadas por otras impresoras 3d) y componentes básicos disponibles en casi cualquier ferretería.
Actualidad y futuro de la impresión 3d
A medida que se comienzan a liberar las patente el mundo de la impresión 3d comienza a crecer y desarrollarse de forma vertiginosa.
Comienza el nacimiento de las empresas que actualmente lideran el mercado, sobre todo en tecnología FDM como MakerBot, Zortrax o Ultimaker. El campo de aplicación de la fabricación aditiva aumenta cada día al igual que sus aplicaciones, donde las principales empresas de automoción la utilizan, incluso ya es posible la fabricación de prótesis para el sector médico.
Dicho sector está en fase de crecimiento, con el objetivo de abaratar costes, fabricar de forma eficiente y más rápida, siendo una alternativa o complemento perfecto a otras técnicas de fabricación.
«Aún queda mucha historia por imprimir»
¿Qué es la fabricación aditiva?
La fabricación aditiva (impresión 3d) es un método de fabricación por adición de material al contrario que los métodos convencionales que son sustractivos eliminando material hasta generar la pieza requerida.
La fabricación aditiva es un procedimiento de fabricación por el cual un objeto tridimensional es creado mediante la superposición sucesiva de capas de material de forma controlada.
La impresión 3d consiste en el proceso mediante el cual nos permite obtener piezas físicas en tres dimensiones. En primer lugar, es necesario partir de un modelo CAD (siglas en inglés, diseño asistido por ordenador) previamente diseñado para ser laminado por un software que generará un archivo compatible con una impresora 3d, algoritmo de corte que contiene la información para cada una de las capas, un archivo con que almacena las coordenadas de movimiento, calidad de impresión, temperaturas de aplicación, número de capas… en definitiva toda la configuración para la correcta fabricación del objeto. La impresora 3d reconocerá cada uno de los comandos y conformará el objeto tridimensional capa a capa.
Ventajas de la fabricación aditiva:
Geometría compleja
Piezas sin prácticamente limitación geométrica, al contrario que ocurre con otras técnicas de fabricación convencional.
Reducción de Costes
No existen costes derivados de utillajes o matricería. No hay gasto extra de material salvo el empleado en dar soportes a la pieza.
Reducción de Tiempo
Eliminación de pasos intermedios en el proceso de fabricación y menor tiempo de preparación de producción.
Flexibilidad
Posibilidad de personalizar y de realizar modificaciones durante la vida útil del producto sin apenas coste. Fabricación de ensamblajes.
Materiales
Diferentes tecnologías que permiten una amplia gama de materiales con propiedades y acabados diferentes.
Viabilidad
Tecnología útil desde la fabricación de prototipos rápidos para su validación hasta la fabricación final de piezas totalmente funcionales.
Tecnologías de impresión 3d
Existen diferentes tecnologías de impresión 3d según el principio de funcionamiento de las máquinas y el material de uso para la manufactura de los modelos tridimensionales. Principalmente existen las siguientes categorías (en post posteriores profundizaremos en cada una de ellas):
FDM - Modelado por Deposición Fundida
Quizás sea la tecnología de impresión 3d más conocida y más extendida para uso particular o personal.
Este método de fabricación emplea un material termoplástico el cual es bobinado en carretes (filamento) que se hace pasar a través de un extrusor o tobera que se encuentra a la temperatura de fusión del polímero y el cual lo deposita capa a capa de forma controlada sobre una base o cama generalmente calefactada. La superposición de capas sucesivas según crea el modelo 3d según las coordenadas y comandos de configuración establecidos.
Se trata de la tecnología de impresión 3d más económica y la variedad de materiales cada día es mayor, existiendo materiales solubles al agua como es el PVA ideal para su uso como estructura de soporte.
Principio de funcionamiento de la tecnología de impresión 3d FDM.
Fuente Solid Concepts y Stratasys.
SLA - Estereolitografía
Esta técnica de fabricación emplea resina líquida foto-endurecible para crear el modelo u objeto tridimensional. La resina que se se almacena en un tanque es endurecida por un láser según unas coordenadas y una potencia establecida. Una vez finalizada el endurecimiento de la capa se sumerge la plataforma en el tanque con resina para repetir el proceso tantas veces como sea necesario.
Por último, la pieza con sus correspondientes soportes se retira e introduce dentro de una cuba con disolvente para eliminar por completo la resina no curada, se retiran de forma manual la estructura de soportes de la pieza y ésta, se le aplica un post-curado con luz ultravioleta para mayor resistencia.
Principio de funcionamiento de la tecnología de impresión 3d SLA (Estereolitografía).
Fuente Formlabs.
SLS - Sinterizado Láser Selectivo
Esta tecnología consiste en la deposición de capas transversales de polvo de material de pocas décimas de milímetro sobre una cuba que se ha calentado a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión de dicho material. A continuación, un láser de alta potencia (generalmente de CO2) sinteriza el polvo en unas coordenadas concretas. A continuación, la plataforma desciende y un rodillo aplica otra capa de material en polvo. El proceso se repite hasta conformar la pieza por completo.
Finalmente, mediante un cepillado manual se elimina la mayor parte de polvo de material suelto y se aplica un chorreo para la limpieza final de la pieza antes de pintarla o aplicarle el acabado superficial final.
Principio de funcionamiento de la tecnología de impresión 3d SLS.
Fuente Solid Concepts y Stratasys.
Multi Jet Fusion
Se trata de una tecnología de impresión 3d similar al sinterizado láser selectivo (SLS) pero a su vez muy diferente. Ambas tecnologías emplean poliamidas como el PA12 entre otros como material de fabricación y las piezas son conformadas capa a capa pero la forma de fabricación y los resultados son bien distintos.
El proceso es el siguiente, al igual que en las impresoras SLS se deposita una capa de polvo de material sobre la plataforma, pero para solidificarla emplea algo más. En el proceso se aplica un pulverizado con agente aglutinador (que favorece el fundido de los gránulos de material) mediante unos inyectores (como si se tratara de un impresora de tinta tradicional). Los inyectores rocían el aglutinante únicamente en la zonas a solidificar para a continuación, pulverizar un segundo agente que mejora los resultados superficiales de la pieza.
Una vez pulverizados todos los agentes, una fuente de luz infrarroja calienta el polvo de material solidificándose todo en uno. A continuación, la plataforma desciende y se repite el proceso capa a capa. Finalmente, a través de un chorro de gránulos limpia la pieza de polvo residual.
Esta tecnología se emplea cuando se requieren piezas finales con propiedades mecánicas consistentes y homogéneas, de alta resolución y con un excelente acabado superficial.
Principio de funcionamiento de la tecnología Multi Jet Fusión de HP.
Fuente Grupo Solitium
DMLS - Sinterizado Directo de Metal por Láser.
Es una de las últimas tecnologías de impresión 3d que permite la fabricación de piezas u objetos metálicos. El funcionamiento es el siguiente la máquina sinteriza cada capa (comienza por el material de soporte y continua con la pieza propiamente dicha) a través de un láser de alta potencia proyectado sobre el lecho de polvo metálico (generalmente aleaciones de titanio, aluminio o acero inoxidable). Una vez, que la capa transversal es sinterizada la plataforma desciende y se adiciona una nueva capa de polvo metálico. El proceso se repite capa a capa de forma sucesiva hasta conformar la pieza.
Cuando el proceso ha sido completado, se cepillan de forma manual las piezas para eliminar el exceso de polvo suelto y se aplica un tratamiento térmico a las piezas con sus correspondientes soportes. Finalmente, las piezas se retiran de la base de trabajo y se eliminan las estructuras de soporte. En ocasiones, es necesario aplicar un acabado con chorro de de arena eliminando posibles impurezas.
Principio de funcionamiento de la tecnología de impresión 3d DMLS.
Fuente Solid Concepts y Stratasys.
Tecnología Polyjet.
Se emplea fundamentalmente cuando se requieren prototipos multimaterial rígidos y flexibles, permitiendo combinar diferentes propiedades mecánicas o diferentes colores. Es ideal para aplicaciones médicas debido al alto nivel de detalle y combinación de colores.
Este tipo de impresoras 3d dispone de varias boquillas por las que rocía pequeñas gotas de resina líquida fotoestable que se endurecen rápidamente ante una lámpara ultravioleta, una vez depositada y endurecida la capa se repite el proceso. Mediante el proceso de chorro de agua y un baño químico se elimina el material de soporte.
Principio de funcionamiento de la tecnología de impresión 3d POLYJET.
Fuente Solid Concepts y Stratasys.
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