La fabricación aditiva (denominada habitualmente impresión 3D) es una herramienta cada vez más valiosa para las empresas. La producción interna puede reducir significativamente los costes en comparación con la subcontratación y aporta mayor libertad para crear más iteraciones de diseño. Las tres tecnologías de impresión 3D predominantes para consumidores que se utilizan actualmente son la FFF (fabricación de filamentos fundidos), la SLA (estereolitografía) y la SLS (sinterizado selectivo por láser). Cada una de ellas presenta sus propias ventajas y limitaciones, pero ¿cuál es la mejor para las necesidades de su empresa?
Todas las tecnologías de impresión 3D se basan en un principio común: un modelo CAD 3D se divide horizontalmente en secciones transversales separadas, que luego se imprimen secuencialmente unas sobre otras para formar un objeto tridimensional. Sin embargo, las tecnologías FFF, SLA y SLS adoptan enfoques fundamentalmente diferentes para imprimir estas secciones transversales.
FFF (fabricación de filamentos fundidos)
La FFF es la tecnología de impresión 3D más utilizada, porque es fácil de usar y no requiere el uso de productos químicos agresivos. La FFF utiliza un cordón grueso de materia prima, que se suele denominar filamento. El filamento tiene un grosor constante de 1,75 o 2,85 mm y, por lo general, es un termoplástico que se suministra en bobinas. El proceso de FFF extruye el filamento a través de una boquilla caliente que va montada en un sistema móvil que la desplaza por el área de impresión. El filamento fundido que sale por la boquilla se deposita en una placa de impresión, donde se enfría y se solidifica para formar una capa. A continuación, la plataforma baja una fracción de milímetro para iniciar la siguiente capa. El proceso se repite hasta que se forma el objeto completo.
Ventajas
El equipo es relativamente sencillo de manejar y mantener.
El equipo y el proceso son más asequibles y rentables que en los otros dos métodos principales de impresión 3D.
El proceso es relativamente limpio y no requiere el uso de productos químicos agresivos.
Por su carácter compacto, el equipo cabe en una mesa de despacho o puede montarse en un bastidor.
Todo el proceso se lleva a cabo en una sola estación, sin necesidad de equipos adicionales.
Existe una gran variedad de materiales, con distintas propiedades técnicas.
El precio relativamente bajo de los equipos permite utilizar varias impresoras a la vez, para lograr una fabricación flexible y escalable y acortar los plazos de entrega.
Inconvenientes
En las piezas finales, suelen quedar visibles las líneas de las capas.
La calidad de la adhesión entre las capas puede influir en la resistencia mecánica de la pieza (propiedades mecánicas anisotrópicas).
Principales conclusiones
La FFF es ideal para entornos de oficina, ya que el equipo es fácil de manejar y mantener, y el proceso no requiere el uso de productos químicos agresivos ni estaciones de posprocesamiento. Existe una gran variedad de consumibles que son relativamente baratos en comparación con los de los otros métodos. Los consumibles se distribuyen en forma de filamentos en bobinas, que resultan fáciles de utilizar y pueden almacenarse durante periodos prolongados.
En ocasiones, las piezas impresas en 3D con la tecnología FFF pueden requerir estructuras de soporte, pero esto puede evitarse si el proceso de diseño CAD tiene en cuenta el método de fabricación.La doble extrusión permite utilizar dos materiales en una sola impresión. Esto se puede aplicar con fines estéticos utilizando varios colores del mismo material. También permite variar las propiedades mecánicas utilizando materiales compatibles de dos tipos diferentes. Otra posibilidad es utilizar un material de soporte específico, como el PVA soluble en agua, que permite imprimir estructuras de soporte que luego se disuelven, o el Breakaway, que permite imprimir estructuras de soporte que se desprenden fácilmente de la pieza. El uso de un material de soporte específico garantiza que la pieza final tenga un acabado de superficie suave y de alta calidad con mínimos requisitos de posprocesamiento.
SLA (estereolitografía)
Otra de las principales tecnologías de impresión 3D es la SLA, que utiliza una resina curable mediante rayos UV como materia prima. La resina se vierte en un recipiente con fondo de cristal, en el que se sumerge una plataforma de impresión. Un láser UV o un proyector DLP proyecta luz UV sobre la resina para endurecerla selectivamente formando una capa horizontal a partir de los datos CAD. A continuación, la plataforma se eleva para sacarla del contenedor, lo que permite que la resina no curada se nivele. El proceso se repite hasta que se forma un objeto completo.
Ventajas
Las piezas de geometría compleja tienen un acabado superficial de alta calidad y requieren la tecnología con el mayor nivel de detalle. Por ello, la SLA es ideal para las piezas a pequeña escala
El equipo es compacto y relativamente fácil de utilizar.
Con este método, es posible imprimir con varios materiales que tienen diversas propiedades
Inconvenientes
Los consumibles desprenden un olor desagradable, son inflamables y no es seguro manipularlos sin guantes.
Se requiere un curado adicional durante el posprocesamiento.
Los consumibles son pegajosos y pueden causar contaminación en el lugar de trabajo si no se curan correctamente.
Casi siempre se requieren estructuras de soporte, que dejan marcas no deseadas en la superficie de impresión.
No es posible combinar varios materiales o colores en una misma impresión.
El volumen de impresión de las impresoras SLA de sobremesa es relativamente reducido en comparación con las otras dos tecnologías.
Las piezas se deben preparar con orificios para drenar la resina sin curar al exterior de las estructuras cerradas.
Principales conclusiones
La SLA es adecuada para piezas con geometrías complejas que requieren un nivel de detalle fino, pero se deberán utilizar estructuras de soporte para las piezas impresas en la práctica totalidad de los casos.
El posprocesamiento resulta más complejo que con la FFF: es preciso limpiar las piezas con productos químicos agresivos, como el alcohol isopropílico, y curarlas en un horno de UV antes de manipularlas. Debido al uso de estos productos químicos agresivos, se requiere un lugar muy bien ventilado para su utilización y posprocesamiento.
La materia prima es una resina inflamable con un olor desagradable y una vida útil limitada. La resina antigua y la nueva no se pueden mezclar, lo que genera mayores costes a causa del material desperdiciado. El precio de la materia prima es relativamente alto en comparación las utilizadas en las otras tecnologías.
SLS (sinterizado selectivo por láser)
El tercero de los métodos de impresión principales es la SLS, que utiliza una materia prima en polvo, por lo general un polímero. Este polvo se almacena en un contenedor, donde una pala de recubrimiento distribuye una fina capa de material sobre el área de impresión. Un láser de alta potencia fusiona las pequeñas partículas de material para formar una única capa horizontal a partir de los datos CAD. A continuación, el contenedor se mueve una fracción de milímetro y la pala de recubrimiento se desliza por el área de impresión para depositar una nueva capa de materia prima. El polvo no fundido se recicla tamizándolo y mezclándolo con el no utilizado. El proceso se repite hasta que se forma un objeto completo.
Ventajas
Las piezas terminadas no presentan capas visibles, aunque pueden tener una superficie "granulada".
Con la SLS, las piezas terminadas tienen propiedades mecánicas relativamente altas en todas las direcciones (propiedades mecánicas isotrópicas).
No se requiere un material de soporte durante la impresión.
Inconvenientes
El equipo es grande, lo que lo hace inadecuado para entornos de oficina.
La materia prima es un polvo que puede ser peligroso si se inhala.
Resulta complicado cambiar de materiales o de colores.
El equipo y los consumibles son caros, y para su uso y mantenimiento se requiere mano de obra cualificada, que generará más costes.
El proceso requiere una estación de posprocesamiento y una estación de reciclaje de polvo, lo que añade costes adicionales.
El proceso puede no resultar económico si no se emplea todo el volumen del contenedor.
Principales conclusiones
La posibilidad de diseñar formas intrincadas y complejas sin necesidad de estructuras de soporte permite una gran libertad de diseño. Además, las líneas de capa no quedan visibles en la pieza final.
El coste es uno de los principales inconvenientes: la SLS es la solución más cara de las tres principales tecnologías de impresión 3D en términos de configuración inicial y mantenimiento. Además, debido a la naturaleza compleja del equipo, se requiere mano de obra cualificada para utilizarlo, lo que agrega costes adicionales.
Se recomienda imprimir con el máximo volumen posible para evitar que quede mucho polvo usado, por lo que no es ideal para series de producción reducidas de piezas individuales.
Debido al uso de láseres de alta potencia y al polvo creado durante el proceso, la SLS puede ser un proceso peligroso. Debido a este motivo y al tamaño del equipo, se requiere un espacio especializado para su instalación.
Conclusión:
Cada una de estas tres tecnologías principales es preferible para sus propios casos de uso. La SLA es ideal para objetos pequeños con características y detalles intrincados. La SLS es ideal para piezas de gran volumen y series de impresión industriales en las que se complete todo el volumen de impresión cada vez.
Los usuarios de la FFF pueden ponerse en marcha enseguida. A causa del carácter asequible, accesible y versátil de la tecnología FFF, no se requiere espacio adicional ni personal especializado para implementar y utilizar una solución de impresión 3D. Además, la empresa puede reducir en gran medida el tiempo y los costes de desarrollo en comparación con los métodos tradicionales, así como flexibilizar los procesos gracias a la posibilidad de desarrollar los productos de manera iterativa. La FFF es la tecnología que requiere menos posprocesamiento y que resulta más limpia, lo que le confiere una ventaja clara respecto a las otras opciones para su uso en entornos de oficina. Además, gracias al uso generalizado de la impresión 3D FFF, hay gran cantidad de información y recursos disponibles de forma gratuita.
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