Funcionamiento de las impresiones 3D

 Impresión 3D

La impresión 3D es una técnica de fabricación de objetos a partir de la deposición de diferentes materiales mediante una maquina especializada manejada por computadora, existen diferentes métodos que varían en sus acabados y los materiales que utilizan, de esta forma se pueden ampliar las posibilidades de impresión además de los usos que pueden recibir los objetos construidos, yendo desde los sistemas más básicos en los que se utilizan plásticos inyectados y generan acabados mas austeros, hasta resinas especiales moldeadas a partir de luz ultravioleta permitiendo así mejorar la calidad y el acabado para usos más especializados. (O'Leary, M. 2019).

Existen diversos métodos utilizados en la fabricación de objetos tridimensionales que pueden ser definidos como impresión 3D, en las décadas de los 80´s y 90´s se crearon tecnologías de moldeado de resinas fotosensibles para la fabricación de objetos, sin embargo, el desarrollo de estas tecnologías fue descartado en su momento porque no creyeron que tuviera una utilidad importante para la industria, mas tarde se desarrolló una tecnología con resultados similares pero un método de fabricación diferente en el que se usaba una cabezal móvil en 3 ejes que usando calor fundía el material y lo depositaba en capas creando estructuras en tres dimensiones.

            Conforme avanza el tiempo se crean nuevas técnicas y se perfeccionan las ya existentes de forma que ahora contamos con múltiples opciones de impresión, a continuación se detallan las especificaciones de cada una de las técnicas mas comunes y utilizadas en la industria actualmente. (Chua. C.K, Leong. K.F, Lim. C.S. 2003)

FDM o Impresión por Extrusión.

            Conocida como FDM, es la técnica más común y utilizada en la creación de objetos mediante la impresión 3D, ya que permite el uso de diferentes materiales termoplásticos que son fácilmente moldeables con calor, los que principalmente se utilizan son PLA, ABS, HDPE y TPU. El principio fundamental detrás de esta técnica es la deposisión de material a través de una boquilla que se encuentra en un cabezal móvil que se monta normalmente en tres ejes (x y z), aunque en algunos casos mas específicos se puede llegar a montar hasta en 5 ejes, lo que permite una mayor movilidad y por lo tanto incrementa las posibilidades de impresión así como la calidad de los acabados. Para las impresiones en plásticos la maquina cuenta con un cabezal térmico que funde un filamento del material mientras un motor controlado por computadora empuja la fundición a través de la boquilla, mientras esto sucede otros motores ubicados en cada uno de los ejes de movimiento hacen avanzar el cabezal, de esta forma el material es depositado en finas capas una sobre la otra. Cada partícula es colocada sobre la pieza en un lugar especifico determinado por el software de la computadora que recibe unos parámetros ingresados por el usuario, de esta forma el objeto se va construyendo poco a poco.

            Por este método también se pueden crear estructuras con otros materiales, incluyendo elementos comestibles o de gran importancia en la industria como el concreto. El sector de la construcción cuenta con impresoras a gran escala que a simple vista parecen una grúa mas, pero es capas de construir una casa imprimiéndola capa por capa de forma guiada por computadora. Y como este ejemplo hay muchos mas de diferentes campos de la industria que se ven beneficiados con esta tecnología.

S.N. (2017). FDM-FFF O MODELADO POR DEPOSICIÓN FUNDIDA. [Figura 7]

SLS o Sintetizador Selectivo por Láser.

            En este método la adición del material no lo realiza el cabezal, en cambio se cuenta con un laser de alta potencia, generalmente de CO2 que sintetiza las partículas solidificando el medio en el que es enfocado. Bajo el plano de trabajo del cabezal se encuentra una base o recipiente en el que se agrega una capa fina de material, por lo general en polvo y de unas pocas decimas de milímetro de espesor, que es calentado hasta una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del material, luego de esto el láser avanza según las indicaciones del software enfocando los puntos que se necesitan fundir para crear la estructura, una vez la capa esta terminada la base baja respecto al cabezal lo correspondiente al espesor de esta, una nueva capa de material es agregada y el láser vuelve a actuar, este proceso se repite capa tras capa hasta terminar la pieza.

            Este método presenta algunas ventajas respecto a los demás, entre ellas se encuentra la calidad del acabado ya que el espesor de las capas puede ser tan pequeño como lo sean las partículas del material base, además de que el material sobrante siempre rodea la estructura y sirve como soporte evitando que se deforme. La ventaja mas importante que presenta este método es la capacidad de usar materiales metálicos en polvo, que una vez fundidos por el laser forman estructuras solidas con capacidades mecánicas similares a una pieza solida de metal trabajada por una fresa o fundida en un molde.

SLA o Estereolitografía.

            Este método utiliza las propiedades fotosensibles del material base, que es generalmente una resina liquida fotopolimérica que se solidifica al entrar en contacto con la luz ultravioleta. Partiendo de esta base la maquina cuenta con un recipiente en el que se deposita el material, una pantalla o cabezal imprime la estructura capa por capa usando un haz de luz ultravioleta que solidifica el material, una vez que la capa es terminada la base se separa del cabezal el equivalente al espesor de la capa y se procede a imprimir una nueva capa. En algunas maquinas el haz de luz es emitido desde debajo de la capa de material, y la estructura se adhiere a una plataforma superior que asciende con cada capa concluida, de esta forma la parte de la pieza que esta lista va saliendo del medio y permite una mejor calidad de impresión. (Chua. C.K, Leong. K.F, Lim. C.S. 2003)

Sanches, S (2017). SLA: Impresión 3D por estereolitografía. [Figura 8].

 

Fotopolimerización por absorción de fotones.

            Este método utiliza el material en un bloque de gel que es trabajado con un láser que solidifica el material formando la estructura, de esta forma el gel es curado solo en los puntos en los que se enfoca el láser debido a la nolinealidad óptica de la fotoexcitación. Una vez que la estructura es terminada esta se lava eliminando las partes restantes del gel dando como resultado una pieza de excelente calidad debido a que el margen de error es tan pequeño como pueda ser el diámetro del laser utilizado. Este método permite el uso de materiales muy variados y dar resultados que son requeridos en usos muy específicos como lo son la medicina, en estos geles se pueden incluir materiales biológicos tales como células vivas, permitiendo así la impresión inclusive de órganos funcionales. (Chua. C.K, Leong. K.F, Lim. C.S. 2003)

INVOCAR. (2017).Fotopolimerización: excelente polimerización en cerámica. [Figura 9].

                Si desea profundizar mas en este tema se aconseja ver este video: