10 tipos de impresoras 3D: guía de tecnologías de impresión 3D

Por All3DP
Dec 2, 2019

Aprende a diferenciar entre los 10 tipos de impresoras 3D que hay en el mercado en este momento: FDM, SLA, DLP, SLS, SLM, DMLS EBM, BJ, DOD y MJ.

Si eres nuevo en el maravilloso mundo de la impresión 3D, permítenos darte la bienvenida. ¡Te va a encantar!

El primer reto que la tecnología de impresión 3D plantea a los recién llegados es distinguir entre los diferentes procesos y materiales disponibles.

¿Cuál es la diferencia entre distintos tipos de impresoras 3D como FDM o SLS, por ejemplo? ¿O entre SLS y DLP? ¿O bien entre EBM y DMLS?

Sin duda, puede resultar bastante confuso. Con tantos acrónimos diferentes, podemos entender que acabes confundiendo un tipo de impresión 3D con un género de música moderna.

Lo primero que debes entender es que la impresión 3D es, en realidad, un concepto genérico que engloba todo un grupo de procesos de impresión tridimensional.

La norma ISO/ASTM 52900, publicada en 2015, tiene como objetivo estandarizar toda la terminología y clasificar cada uno de los diferentes tipos de impresoras 3D.

En total, se han identificado y establecido siete categorías diferentes de procesos de manufactura aditiva. Estos siete 

procesos de impresión 3D han dado lugar a diez tecnologías diferentes que las impresoras 3D utilizan hoy en día.

Para obtener más información sobre estos tipos de impresoras 3D, incluidas las reglas de diseño para impresión 3D y cómo identificar los mejores materiales de impresión 3D, te recomendamos que te hagas con un ejemplar de The 3D Printing Handbook de 3D Hubs, disponible actualmente en cualquier buena librería.

TIPO DE IMPRESIÓN 3D: EXTRUSIÓN DE MATERIAL

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La extrusión de material es un proceso de impresión 3D en el que se empuja un filamento de material termoplástico sólido a través de una boquilla calentada, derritiéndolo en el proceso. La impresora deposita el material en una plataforma de construcción a lo largo de una trayectoria predeterminada, donde el filamento se enfría y solidifica para formar un objeto sólido.

  • Tipos de tecnologías de impresión 3D: Modelado por deposición fundida (FDM), a veces denominada también fabricación con filamento fundido (FFF)
  • Materiales: Filamento termoplástico (PLA, ABS, PET, TPU)
  • Precisión dimensional: ±0,5 % (límite inferior ±0,5 mm)
  • Aplicaciones comunes: Carcasas eléctricas, pruebas de forma y ajuste, plantillas y fijaciones, patrones de fundición de precisión.
  • Ventajas: Acabado de superficie óptimo, gama completa de colores y múltiples materiales disponibles
  • Desventajas: Frágil, no adecuado para piezas mecánicas; mayor coste que la SLA o el DLP para fines visuales

TIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Modelado por deposición fundida (FDM)

Los dispositivos de extrusión de material constituyen el tipo de impresora 3D más común y barata del mundo. Puede que conceptos como modelado por deposición fundida, (Fused Deposition Modeling, o FDM), te resulten familiares. A veces, también se hace referencia a esta técnica como fabricación con filamento fundido, (Fused Filament Fabrication, o FFF).

El mecanismo es el siguiente: se carga una bobina de filamento en la impresora 3D y se hace pasar a través de una boquilla del cabezal de extrusión. Esta boquilla se calienta hasta la temperatura deseada y, a continuación, un motor impulsa el filamento a través de ella, provocando que se derrita.

Entonces, la impresora 3D mueve el cabezal de extrusión a lo largo de las coordenadas especificadas, depositando el material fundido sobre la placa de construcción, donde se enfría y solidifica.

Una vez que se ha completado una capa, la impresora procede a colocar otra capa. Este proceso de impresión en secciones transversales se repite, construyendo capa sobre capa, hasta que el objeto está completamente formado.

Dependiendo de la geometría del objeto, a veces es necesario añadir estructuras de soporte, por ejemplo, si un modelo tiene partes que sobresalen mucho.PUBLICIDAD

TIPO DE IMPRESIÓN 3D: POLIMERIZACIÓN VAT

La polimerización VAT es un proceso de impresión 3D en el que una resina fotopolímera en un tanque se cura selectivamente mediante una fuente de luz. Las dos formas más comunes de polimerización VAT son la SLA (estereolitografía) y el DLP (procesamiento digital de la luz).

La diferencia fundamental entre estos tipos impresoras 3D es la fuente de luz que utilizan para curar la resina. Las máquinas SLA utilizan un láser de punto, en contraste con el enfoque por vóxels que utilizan las impresoras DLP.

  • Tipos de tecnologías de impresión 3D: Estereolitografía (SLA), procesamiento digital de la luz (DLP)
  • Materiales: Resina fotopolímera (estándar, moldeable, transparente, alta temperatura)
  • Precisión dimensional: ±0,5 % (límite inferior ±0,15 mm)
  • Aplicaciones comunes: Prototipos de polímeros similares a moldes de inyección, joyería (fundición de precisión), aplicaciones dentales, audífonos
  • Ventajas: Acabado liso de la superficie, precisión en los detalles
  • Desventajas: Frágil, no adecuado para piezas mecánicas

TIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Estereolitografía (SLA)

La estereolitografía (SLA) ostenta la distinción histórica de haber sido la primera tecnología de impresión 3D del mundo. La estereolitografía fue inventada por Chuck Hull en 1986, quien patentó la tecnología y fundó la empresa 3D Systems para comercializarla.

Las impresoras SLA utilizan espejos, conocidos como galvanómetros o “galvos”, con uno posicionado en el eje X y otro en el eje Y. Estos galvos dirigen rápidamente un rayo láser sobre un tanque de resina, curando y solidificando selectivamente una sección transversal del objeto dentro de esta área de construcción, construyéndolo capa por capa.

La mayoría de las impresoras SLA utilizan un láser de estado sólido para el curado de las piezas. La desventaja de este tipo de impresora 3D, que utiliza un láser de punto, es que puede tardar más en trazar la sección transversal de un objeto que la tecnología DLP.PUBLICIDADTIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Procesamiento digital de la luz (DLP)

Si nos fijamos en las máquinas de procesamiento digital de la luz (Digital Light Processing o DLP, por sus siglas en inglés), observaremos que este tipo de impresora 3D es casi idéntico a la estereolitografía (SLA). La diferencia clave es que el DLP utiliza un proyector de luz digital para proyectar una sola imagen sobre cada capa de una sola vez (o varias proyecciones en el caso de piezas más grandes).

Debido a que el proyector es una pantalla digital, la imagen de cada capa está compuesta por píxels cuadrados, dando como resultado una capa formada por pequeños bloques rectangulares llamados vóxels.

El DLP puede lograr tiempos de impresión más rápidos en comparación con la SLA, debido a que toda una capa se expone de una sola vez, en lugar de ir trazando el área de la sección transversal con un láser de punto.

La luz se proyecta sobre la resina mediante pantallas de diodos emisores de luz (LED) o mediante una fuente de luz ultravioleta (lámpara) que se dirigen a la superficie de construcción mediante un dispositivo digital de microespejos (DMD).

Un DMD es un conjunto de microespejos que controlan dónde se proyecta la luz y generan el patrón de luz en la superficie de construcción.PUBLICIDAD

TIPO DE IMPRESIÓN 3D: FUSIÓN EN LECHO DE POLVO (POLÍMEROS)

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La fusión en lecho de polvo es un proceso de impresión 3D en el que una fuente de energía térmica induce selectivamente la fusión entre partículas de polvo dentro de un área de construcción para crear un objeto sólido.

Muchos dispositivos de fusión en lecho de polvo también emplean un mecanismo para aplicar y alisar el polvo durante la fabricación de un objeto, de modo que el elemento final quede encapsulado y apoyado en el polvo no utilizado.

  • Tipos de tecnologías de impresión 3D: Sinterizado selectivo por láser (SLS)
  • Materiales: Polvo termoplástico (nailon 6, nailon 11, nailon 12)
  • Precisión dimensional: ±0,3 % (límite inferior ±0,3 mm)
  • Aplicaciones comunes: Piezas funcionales, conductos complejos (diseños huecos), producción de piezas de poca tirada
  • Ventajas: Piezas funcionales con buenas propiedades mecánicas, geometrías complejas
  • Desventajas: Tiempos de entrega más largos, mayor coste que la FFF para aplicaciones funcionales

TIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Sinterizado selectivo por láser (SLS)

La creación de un objeto mediante tecnología de fusión en lecho de polvo y polvo polimérico se conoce generalmente como sinterizado selectivo por láser (Selective Laser Sintering, o SLS). A medida que expiran las patentes industriales, este tipo de impresora 3D se está volviendo cada vez más común y menos costoso.

En primer lugar, se calienta un recipiente de polvo polimérico a una temperatura justo por debajo del punto de fusión del polímero. A continuación, una cuchilla o rasqueta de recubrimiento deposita una capa muy delgada del material en polvo (normalmente de 0,1 mm de grosor) sobre una plataforma de construcción.

A continuación, un rayo láser de CO2 comienza a escanear la superficie. El láser sinteriza selectivamente el polvo y solidifica una sección transversal del objeto. Al igual que en el caso de la estereolitografía, el láser se enfoca hacia la ubicación correcta por medio de un par de galvos.

Una vez escaneada toda la sección transversal, la plataforma de construcción se mueve hacia abajo una altura equivalente al espesor de una capa. Estos pasos se repiten hasta que todos los objetos están completamente fabricados.

El polvo que no ha sido sinterizado permanece en su lugar como soporte para el objeto que sí lo ha sido, eliminando la necesidad de estructuras de soporte.PUBLICIDAD

TIPO DE IMPRESIÓN 3D: INYECCIÓN DE MATERIAL

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La inyección de material es un proceso de impresión 3D en el que las gotas de material se depositan y curan de forma selectiva en una placa de construcción. Usando fotopolímeros o gotas de cera que se curan cuando se exponen a la luz, los objetos se construyen de capa en capa.

La naturaleza del proceso de inyección de material permite imprimir diferentes materiales en el mismo objeto. Una aplicación de esta técnica es la fabricación de estructuras de soporte a partir de un material diferente al del modelo que se está fabricando.

  • Tipos de tecnologías de impresión 3D: Inyección de material (MJ), Drop on Demand (DOD)
  • Materiales: Resina fotopolímera (estándar, moldeable, transparente, alta temperatura)
  • Precisión dimensional: ±0,1 mm
  • Aplicaciones comunes: Prototipos de productos a todo color, prototipos similares a moldes de inyección, moldes de inyección de poca tirada, modelos médicos
  • Ventajas: Acabado de superficie óptimo, gama completa de colores y múltiples materiales disponibles
  • Desventajas: Frágil, no adecuado para piezas mecánicas; mayor coste que la SLA o el DLP para fines visuales

TIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Inyección de material (MJ)

La técnica de inyección de material (llamada Material Jetting, o MJ) funciona de forma similar a una impresora de inyección de tinta estándar. La diferencia clave es que, en lugar de imprimir una sola capa de tinta, se construyen múltiples capas una sobre otra para crear una pieza sólida.

El cabezal de impresión inyecta cientos de gotitas diminutas de fotopolímero y luego las cura/solidifica utilizando una luz ultravioleta (UV). Una vez depositada y curada una capa, la plataforma de construcción desciende una altura equivalente al espesor de una capa y el proceso se repite hasta construir un objeto 3D.

La inyección de material difiere de otras tecnologías de impresión 3D que depositan, sinterizan o curan el material de construcción utilizando una deposición puntual. En lugar de utilizar un solo punto para seguir una trayectoria que define el área de la sección transversal de una capa, este tipo de impresora 3D depositan el material de construcción de una manera rápida y lineal.

La ventaja de esta deposición lineal es que las impresoras de inyección de material son capaces de fabricar múltiples objetos en una sola línea sin que esto afecte a la velocidad de construcción. Siempre y cuando los modelos estén correctamente dispuestos y el espacio dentro de cada línea de construcción esté optimizado, la inyección de material puede generar piezas a un ritmo más rápido que otros tipos de impresoras 3D.

Los objetos realizados mediante inyección de material requieren de soportes, que se imprimen simultáneamente durante la construcción a partir de un material disoluble que se retira durante la fase de posprocesamiento. La inyección de material es una de las pocas tecnologías de impresión 3D que permite crear objetos de múltiples materiales y a todo color.PUBLICIDADTIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Drop on Demand (DOD)

La técnica de “gota a demanda” o Drop on Demand (DOD) consiste en una tecnología de impresión 3D que utiliza un par de chorros de tinta: uno deposita el material de construcción, habitualmente un material parecido a la cera, y el otro, el material disoluble para los soportes. Al igual que ocurre con los típicos tipos de impresoras 3D, las máquinas DOD siguen una trayectoria predeterminada para inyectar material en una deposición puntual, creando el área transversal de un objeto capa por capa.

Las impresoras DOD también utilizan una fresa “fly-cutter” que pule el área de construcción después de crear cada capa, logrando una superficie perfectamente plana antes de comenzar la siguiente capa. Las impresoras DOD se utilizan generalmente para crear patrones adecuados para la fundición de cera perdida o la fundición de precisión, y otras aplicaciones de fabricación de moldes.PUBLICIDAD

TIPO DE IMPRESIÓN 3D: BINDER JETTING

La inyección de aglutinante, o Binder Jetting (BJ) es un proceso de impresión 3D en el que un aglutinante líquido une selectivamente regiones de un lecho de polvo.

Se trata de una tecnología de impresión 3D similar al SLS, que requiere una capa inicial de polvo en la plataforma de construcción, pero, a diferencia del SLS, que utiliza un láser para sinterizar el polvo, la inyección de aglutinante mueve un cabezal de impresión sobre la superficie de polvo depositando pequeñas gotas de aglutinante, normalmente de 80 micrones de diámetro. Estas gotas unen las partículas de polvo para generar cada capa del objeto.

Una vez que se ha impreso una capa, se baja el lecho de polvo y se extiende una nueva capa de polvo sobre la capa recién impresa. Este proceso se repite hasta que se forma el objeto completo.

Posteriormente, el objeto se deja en el polvo para su curado y para que gane dureza. A continuación, se retira del lecho de polvo y se elimina el polvo no ligado con aire comprimido.

  • Tipos de tecnologías de impresión 3D: inyección de aglutinante (BJ)
  • Materiales: Arena o polvo metálico (acero inoxidable/bronce, arena a todo color, silicio (fundición en arena))
  • Precisión dimensional: ±0,2 mm (metal) o ±0,3 mm (arena)
  • Aplicaciones comunes: Piezas metálicas funcionales, modelos a todo color, fundición en arena
  • Ventajas: Bajo coste, grandes espacios de construcción, piezas metálicas funcionales
  • Desventajas: Las propiedades mecánicas no son tan buenas como las de piezas generadas por fusión en lecho de polvo metálico

TIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Inyección de aglutinante en arena

Los dispositivos de inyección de aglutinante en arena (en inglés Sand Binder Jetting) constituyen un tipo de impresora 3D de bajo coste que permite crear piezas a base de arena utilizando, por ejemplo, piedra arenisca o yeso.

Para crear modelos a todo color, los objetos se fabrican utilizando un polvo a base de yeso o PMMA en combinación con un aglutinante líquido. En primer lugar, un cabezal de impresión inyecta el aglutinante, mientras que un cabezal de impresión secundario inyecta el color, lo que permite imprimir modelos a todo color.

Una vez efectuado el curado de las piezas, se retiran del polvo suelto no adherido y se limpian. Para mejorar las propiedades mecánicas de las piezas, suelen exponerse a un material infiltrante.

Existe un gran número de infiltrantes disponibles, cada uno con diferentes propiedades. También se pueden añadir recubrimientos para mejorar la intensidad de los colores.

Esta técnica, basada en la inyección de aglutinante, también es útil para la creación de moldes y núcleos de fundición en arena. Generalmente, los núcleos y los moldes se imprimen con arena, aunque puede utilizarse arena artificial (sílice) para aplicaciones especiales.

Después de la impresión, los núcleos y los moldes se retiran del área de construcción y se limpian para eliminar la arena suelta. Los moldes suelen estar listos inmediatamente para la fundición. Tras esta, el molde se rompe y se retira el componente metálico final.

La gran ventaja de crear núcleos y moldes de fundición en arena mediante inyección de aglutinante es que el proceso permite crear geometrías grandes y complejas con un coste relativamente bajo. Además, el proceso resulta muy fácil de integrar en el proceso de fabricación o de fundición existente sin provocar interrupciones.PUBLICIDADTIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Inyección de aglutinante en metal

La técnica de la inyección de aglutinante también se puede utilizar para la fabricación de objetos metálicos. El polvo metálico se une mediante un aglutinante polímero. La creación de objetos metálicos mediante inyección de aglutinante permite producir geometrías complejas mucho más allá de las capacidades de las técnicas de fabricación convencionales.

Sin embargo, solo pueden producirse objetos metálicos funcionales mediante un proceso secundario como la infiltración o el sinterizado. El coste y la calidad del resultado final generalmente definen qué proceso secundario es el más apropiado para una determinada aplicación. Sin estos pasos adicionales, una pieza metálica creada mediante la inyección de aglutinante tendría unas propiedades mecánicas deficientes.

El proceso secundario de infiltración funciona de la siguiente manera: en primer lugar, las partículas de polvo metálico se unen entre sí utilizando un aglutinante para formar un objeto en crudo (“green state”). Una vez que el objeto está completamente curado, se retira el polvo suelto y se coloca en un horno, donde se quema el aglutinante. Tras este proceso, el objeto pasa a tener una densidad de alrededor del 60 % y huecos por todas partes.

A continuación, se infiltra bronce en los huecos por capilaridad, dando como resultado un objeto con una densidad de alrededor del 90 % y una mayor resistencia. Sin embargo, los objetos de metal fabricados mediante inyección de aglutinante generalmente presentan unas propiedades mecánicas inferiores a las de las piezas de metal realizadas mediante fusión en lecho de polvo.

El proceso secundario de sinterizado puede aplicarse cuando las piezas metálicas se fabrican sin infiltración. Una vez finalizada la impresión, se realiza el curado de los objetos en crudo en un horno. A continuación, se sinterizan en un horno de alta intensidad hasta alcanzar una densidad de alrededor del 97 %. Sin embargo, la contracción no uniforme puede ser un problema durante el sinterizado y debe tenerse en cuenta en la fase de diseño.PUBLICIDAD

TIPO DE IMPRESIÓN 3D: FUSIÓN EN LECHO DE POLVO (METALES)

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La fusión en lecho de polvo metálico es un proceso de impresión 3D que genera objetos sólidos utilizando una fuente térmica para inducir la fusión entre las partículas de polvo metálico de una capa cada vez.

La mayoría de las tecnologías de fusión en lecho de polvo emplean mecanismos para añadir polvo a medida que se construye el objeto, lo que da como resultado que el componente final quede encapsulado en el polvo metálico. Las principales variaciones en las tecnologías de fusión en lecho de polvo metálico provienen del uso de diferentes fuentes de energía, ya sean láseres o haces de electrones.

  • Tipos de tecnologías de impresión 3D: Sinterizado láser directo sobre metal (DMLS), fusión selectiva por láser (SLM), fusión por haz de electrones (EBM)
  • Materiales: Polvo de metal (aluminio, acero inoxidable, titanio)
  • Precisión dimensional: ±0,1 mm
  • Aplicaciones comunes: Piezas metálicas funcionales (para el sector aeroespacial y automovilístico), piezas médicas y dentales
  • Ventajas: Piezas funcionales más robustas, geometrías complejas
  • Desventajas: Tamaño de construcción pequeño, la tecnología con el precio más elevado

TIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Sinterizado láser directo sobre metal (DMLS) / Fusión selectiva por láser (SLM)

Tanto el sinterizado láser directo sobre metal (Direct Metal Laser Sintering, o DMLS) como la fusión selectiva por láser (Selective Laser Melting, o SLM) generan objetos de forma similar al sinterizado selectivo por láser (SLS). La principal diferencia es que estos tipos de impresoras 3D se utilizan para la producción de piezas metálicas.

El DMLS no funde el polvo, sino que lo calienta hasta un punto en el que puede fusionarse a nivel molecular. La SLM utiliza el láser para lograr una fusión completa del polvo metálico hasta formar una pieza homogénea. Este proceso da como resultado una pieza con una sola temperatura de fusión (algo que no se produce con una aleación). Este proceso da como resultado una pieza con una sola temperatura de fusión (algo que no se produce con una aleación).

A diferencia del SLS, los procesos de DMLS y SLM requieren de un soporte estructural, para limitar la posibilidad de que se produzca cualquier distorsión (a pesar de que el polvo circundante proporciona un soporte físico).

Las piezas creadas con estos tipos de impresoras 3D corren el riesgo de deformarse debido a las tensiones residuales producidas durante la impresión, a causa de las altas temperaturas. Las piezas también suelen tratarse térmicamente después de la impresión, mientras aún están adheridas a la placa de construcción, para aliviar cualquier tensión en ellas tras la impresión.PUBLICIDADTIPOS DE IMPRESORAS 3D/TIPOS DE IMPRESIÓN 3D

Fusión por haz de electrones (EBM)

A diferencia de otras técnicas de fusión en lecho de polvo, la fusión por haz de electrones (llamada Electron Beam Melting, o EBM) utiliza un haz de alta energía, o electrones, para inducir la fusión entre las partículas de polvo metálico.

Un haz de electrones focalizado escanea una fina capa de polvo, provocando la fusión y la solidificación localizadas de un área específica de la sección transversal. Estas áreas se construyen unas sobre otras hasta crear un objeto sólido.

En comparación con los tipos de impresoras 3D SLM y DMLS, las máquinas EBM generalmente ofrecen una velocidad de construcción superior debido a su mayor densidad de energía. Sin embargo, valores como el tamaño mínimo de los detalles, el tamaño de las partículas de polvo, el grosor de la capa y el acabado de la superficie suelen ser mayores.

También es importante tener en cuenta que las piezas de EBM se fabrican en el vacío y que el proceso solo se puede aplicar a materiales conductores.THE 3D PRINTING HANDBOOK: TECHNOLOGIES, DESIGN AND APPLICATIONS

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