¿En qué consisten las tecnologías de impresión 3D? Tipos de impresoras, funcionamiento y materiales de cada una de estas tecnologías. Las ventajas y las desventajas de cada uno de los procesos en relación a costos y funcionalidades. Es importante conocer en profundidad cada aspecto de estas tecnologías para elegir la más apropiada para lograr productos acordes a nuestros objetivos, que potencien la creatividad y sumen conocimiento en estas nuevas tecnologías de impresión tridimensional.
En este artículo veremos en qué consiste la impresión 3D, las diferencias entre FDM y resina, cual es mas adecuada para cada caso, los costos asociados a cada una, y más!
La respuesta corta sería: Las impresoras FDM utilizan un filamento plástico cómo material de impresión el cual es derretido y depositado para crear el objecto capa por capa, mientras que las impresoras de resina utilizan una resina líquida la cual es curada, en general capa por capa, por una luz ultravioleta para poder endurecerse. Las impresoras de resina tienen una calidad de impresión muchísimo superior que las FDM a cambio de un mayor costo, tanto de compra cómo de uso.
Qué es la Impresión 3D?
La tecnología de impresión 3D consiste en un proceso donde a partir de la digitalización de un objeto, el cual puede ser construido a través de un software de diseño asistido (CAD), se logra materializar ese modelo digital a través de un dispositivo. Las diferentes técnicas consisten en solidificar y unir las capas que componen al objeto hasta formarlo en su totalidad.
Para lograr imprimir y unir las capas que formarán el objeto en tres dimensiones, existen distintas tecnologías. Ahora vamos a ver dos de esas tecnologías FDM (Fused Deposition Modeling) y Fotopolimerización en una batea.
Tecnología FDM
Esta tecnología, también conocida como FFF de las siglas Fused Filament Fabrication, consiste en utilizar un filamento de un polímero termoplástico, que se presenta en forma de bobina, el cual es arrastrado a través de un mecanismo (extrusor) hacia una boquilla que está a altas temperaturas, aproximadamente a 200 grados centígrados, el cual se funde y es depositado en una superficie plana, conocida como cama, en donde se va imprimiendo el objeto digitalizado.
Impresoras de resina- Fotopolimerización en una batea
Consiste en una batea que está llena de resina fotopolímero la cual se polimeriza por acción de luz ultravioleta, solidificándose, y formando una fina capa sólida.
El mecanismo contiene un láser que emite la luz, y es desviada por un espejo que es reflejado en la batea, y dibuja en dos dimensiones la capa que se desea imprimir. También tiene una plataforma que se va a ir desplazando de abajo hacia arriba, con capas que se van adhiriendo para construir el objeto tridimensional.
Esta tecnología se la conoce como estereolitografía, en acrónimo SLA, patentada por el ingeniero físico estadounidense Chuck Hull.
Existen otras técnicas que utilizan el mismo fenómeno de polimerización por la acción de luz ultravioleta, que son : Digital Light Processing, o DLP, y MSLA (en inglés Masked Stereolithography).
DLP se basa en proyectar la imagen de la pieza en forma íntegra, en lugar de barrer la superficie con un láser como en el caso del SLA. Esta proyección se realiza a través de una matriz de espejos móviles que finalmente proyectan la imagen sobre la resina. Está claro que el hecho de proyectar la imagen en una única vez hace que sea más rápida la obtención de la capa solidificada.
También se desprende que la resolución de los puntos que se reflejen en la resina va a depender de la construcción de la matriz de espejos móviles.
MSLA, o también conocida como LED-LCD, es una innovación de la tecnología DLP donde se reemplaza la matriz de espejos por un dispositivo LCD donde la matriz que se forma tiene como función bloquear o permitir el paso de la luz que finalmente solidificará la resina.
Diferencias entre impresoras de filamento y de resina
Cómo habrán podido ver en la breve descripción de ambas tecnologiás, funcionan de maneras completamente distintas y utilizan materiales distintos también: Las FDM utilizan filamento el cual se derrite y se pega a la capa anterior, formando de a poco el modelo, mientras que las SLA, DLP, etc., utilizan de resina la cual se va curando con luz ultravioleta.
Ahora veamos las diferencias entre la calidad de impresión, la durabilidad de las piezas que producen, los costos de tener una u otra, y más.
Calidad de impresión
Una de las cualidades más importantes de las impresoras a resina es la calidad y precisión en la construcción de las piezas.
Si nos referimos a las tecnologías que se describieron anteriormente, podemos inferir que en el caso de las impresoras FDM los espesores de capas son más amplios en relación a los de las impresoras a resina, por consiguiente, en piezas pequeñas es difícil conseguir detalles de precisión.
El producto final de la impresora a resina tiene un acabado más uniforme sin líneas de unión visibles que son comunes con la impresión FDM. La calidad de impresión marca una de las diferencias más importantes entre ambas tecnologías y las de resina realmente producen impresiones con una resolución mucho mayor.
Materiales – Durabilidad de la pieza impresa
Uno de los puntos fuertes, hasta el momento, en la impresión FDM es la variedad de materiales que existen en el mercado, mientras que, en la impresión por resina, esa variedad se ve limitada por el momento.
Además, y en relación al material, la fragilidad de las piezas es mayor cuando se trata de una pieza hecha en resina. También hay que considerar que si sufre una gran exposición a los rayos ultravioletas se va a ver afectada la pieza.
Asimismo, al momento de construir prototipos funcionales, el tamaño de las piezas, la posibilidad de contar con diferentes materiales y la fragilidad, limitan a las impresoras a resina.
Volumen de construcción
El volumen de la pieza a imprimir también es una limitación, ya que la impresora a resina tiene dimensiones más pequeñas y por consiguiente posibilidad de impresión más reducida.
Cabe aclarar que hablamos dentro de mercado de mayor consumo, es decir de aquellas impresoras que están al alcance de las mayorías, y no de aquellas que comienzan a direccionarse a un mercado profesional y para la industria donde los precios se elevan considerablemente.
Velocidad de impresión
La velocidad de impresión es mayor en las impresoras a resina, además de considerar que la imagen a solidificar se realiza de una sola vez (el caso de DLP y LED-LCD), con lo cual, si imprimimos varias piezas, se puede ver claramente la ventaja.
Inclusive si queremos aumentar la velocidad de producción en las impresoras a resina, podemos jugar con la altura de la capa para que la impresión sea más veloz, y utilizarla en prototipos pequeños donde compite con las impresoras FDM.
Post-procesado
Al momento de finalizar la impresión, en el caso de la FDM la pieza está disponible para su uso, en escasas ocasiones se debe retirar algún soporte o lijar para su acabado.
En cambio, en las impresoras a resina se debe eliminar la resina sin procesar haciendo un baño de alcohol isopropílico, y en algunas oportunidades el curado definitivo en un horno ultravioleta, además de retirar los soportes necesarios para la construcción de la pieza.
Mantenimiento
Las impresoras a resina son más compactas y con menos partes mecánicas para ajustar, a diferencia de las impresoras FDM, las cuales tienen elementos que sufren desgastes y desajustes con el uso.
Por ejemplo, puede ser el caso de un extrusor tapado, dónde la tarea de acondicionarlo puede llevarnos bastante. También correas que se pueden aflojar, o una cama fuera de nivel, y muchos detalles más.
En las impresoras a resina con tecnología DLP o LED-LCD puede dañarse la pantalla LCD y con el uso hay que cambiar la película de FEP, que es parte de la cubeta donde se deposita la resina. El mantenimiento de las impresoras a resina resulta ser más costoso en dinero que el de las impresoras FDM, mientras que este último requiere más tiempo de reparación.
Facilidad de uso y Seguridad
Las impresoras a resina tienen mayor facilidad de uso debido a que no hay que ajustar parámetros, pero sí hay que tener cuidados especiales debido a que su materia prima es líquida, por consiguiente, la manipulación tiene que ser con ciertos cuidados, en cambio en las impresoras FDM, la materia prima es sólida, y si bien requiere de ciertos ajustes antes de ponerla en funcionamiento, una vez hechos, su uso es amigable.
Tanto el polímero termoplástico como las resinas producen gases que en algunos casos pueden ser tóxicos, tal es el caso del ABS que requiere trabajarlo en lugares con ventilación.
Adicionalmente, para el caso de las impresoras a resina el tratamiento debe ser más cuidadoso, porque el material es líquido y relativamente tóxico, por lo que se debe trabajar con guantes para evitar reacciones en la piel. También el acabado final de la pieza requiere el uso del alcohol isopropílico para retirar los residuos de resina y los soportes de la pieza.
Costo
Voy a dividir el costo en tres componentes:
- Costo de adquisición.
- Costo de insumos.
- Costo de mantenimiento.
La adopción de la tecnología hace que su costo se vea reducido a medida que alcanza a la mayoría, dado que hay más oferta en el mercado. En este sentido la impresión FDM lleva la delantera, y claramente el costo de adquisición sigue siendo menor, aunque las impresoras a resina de uso doméstico se pueden adquirir desde los U$S 250-300 y con el tiempo sólo van a volverse más económicas aún-.
Los insumos presentan dos aspectos, por un lado, las impresoras de resina necesitan además del fotopolímero, alcohol isopropílico para el acabado final. Es decir que al costo de la materia prima se le anexa otro tipo de materiales.
Por otro lado, las resinas son más costosas que las bobinas de filamento, por el momento se puede pensar que la materia prima base, para el caso de las impresoras de resina es el doble que para las de filamento. También hay que tener en cuenta que las resinas están direccionadas al uso de un tipo de impresora en particular.
Por último, el costo de mantenimiento que, en el caso de las impresoras de resina, hay partes que deben ser cambiadas obligatoriamente como el caso de la película de FEP que se recomienda cambiarla aproximadamente cada 20 a 30 impresiones o cuando muestra signos de desgaste.
En cambio, las impresoras FDM no requieren un mantenimiento preventivo, aunque al tener muchas piezas mecánicas, sufren a menudo desperfectos que requieren una inversión de tiempo importante para que vuelvan a producir.
Qué tecnología elegir?
Al momento de elegir una tecnología pueden surgir dudas que generalmente están relacionadas con nuestro conocimiento sobre el uso, por eso a mí me gusta tratar de ser objetivo al momento de la selección.
En primer lugar, tenemos que poder identificar claramente el problema que tenemos que resolver, y en segundo lugar conocer nuestras restricciones funcionales, o no funcionales.
Vamos a desarrollar un ejemplo práctico como guía de ayuda: Supongamos que queremos desarrollar dispositivos electrónicos funcionales a pequeña escala, que requieran algún tipo de contenedor, tipo caja, donde alojar el circuito y, en forma complementaria, algún mecanismo actuador para accionar alguna cosa en un determinado contexto. En principio debemos armar una lista de criterios que van a fijar lo que necesitamos para construir el dispositivo en cuestión, además a cada criterio le debemos dar una ponderación, es decir un peso relativo entre los criterios que elegimos para hacer la evaluación.
| Criterio | Ponderación |
| Velocidad en la construcción de la pieza | 5 |
| Precisión | 2 |
| Acabado | 3 |
| Dimensiones | 4 |
| Costo | 1 |
Esto es un punto de partida para combinarlo con las ventajas/desventajas que cada tecnología posee y, de esta manera, podemos ver más claramente que tecnología elegir o combinar.
Claramente, por el momento, la tecnología de impresión a resina permite la construcción de piezas que requieren mayor grado de precisión cuando las mismas son pequeñas, pero tienen una limitación en cuanto a costos, materia prima, y volumen de impresión.
El mercado muestra que este tipo de impresoras son muy utilizadas en el ámbito de la medicina y la joyería, donde se requiere de gran precisión en el armado de la pieza, y en consecuencia generan un segmento en donde las impresoras FDM no tienen esa posibilidad para competir en el mercado.
Conclusión
Ambas tecnologías son funcionales y cada una con sus características que las distinguen. Ahora bien, ¿Qué pasaría si las impresoras a resina pasan la barrera del costo, el tamaño de impresión, y la variedad de materiales? Bueno, creo que eso va a suceder en los próximos años, y va a continuar ganando mercado. Sin llegar a un análisis exhaustivo de la evolución de la tecnología de Fotopolimerización en una batea, podemos apreciar no solo el avance en la disponibilidad, sino también en el costo. A medida del uso aparecen mejoras constantemente, resolviendo los problemas que se presentan, y agregando cuestiones funcionales y de seguridad.
En la actualidad, en el mercado profesional, existen impresoras como la Form 3L que resuelven parte de las limitaciones presentadas en este artículo, pero las mismas no se ven reflejadas en los modelos de menor costo o de uso doméstico, evidentemente esto es debido a que obtener esas funcionalidades implica aplicar mayor costo en la fabricación de la impresora. La prospectiva tecnológica predice un aumento en el uso de distintas aplicaciones, como medicina, creación de productos personalizados, industria militar, aeronaves, y otras aplicaciones, que marca la dirección del progreso en esta tecnología.
Ahora, a pesar de que el futuro de las impresoras de resina se vea muy bueno, considero realmente que para la mayoría de las personas interesadas en impresión 3D las FDM son mejores ya que no requieren de los mismos cuidados que las de resina (la resina es tóxica y hay que tener mucho cuidado al utilizarla).
