7 Tipos de Impresoras 3D y sus características – Guía definitiva 2020

Seguro has oído hablar de impresoras SLA, impresora 3D FFF o impresoras DIY, etc. La verdad que existen muchos tipos de impresoras y se pueden hacer diferentes tipos de clasificación sin embargo, lo mejor es organizarlo en función de las tecnologías de impresión en las cuales se basan cada una.

Según la ISO/ASTM 52900, las diferentes tecnologías de impresión se clasifican de la siguiente forma. Colocamos entre paréntesis las tecnologías de impresión asociadas.

Tecnologías de Impresión 3D

Existen muchos tipos de impresoras 3D y cada una tiene características que la diferencian del resto. Todos los tipos de impresión 3D están definidos por el estándar ISO/ASTM 52900:2015 (ASTM F2792) que agrupa los tipos de impresoras en diferentes categorías según se indican a continuación:

  1. Extrusion de Material (FDM)
  2. Polimerización VAT (SLA y DLP)
  3. Fusion de polvo (SLS)
  4. Inyección de Material (MJ)
  5. Inyección de Aglutinante (BJ)
  6. Deposición directa de energía (Direct Energy Deposition)
  7. Laminado en hojas (Sheet Lamination)

En este momento, vamos a definir las Impresoras 3D más importantes del momento: FDM, SLA y SLS.

Cada una de las clases de impresoras 3D brindan ventajas y desventajas que merecen la pena ser revisadas por separado para comprender su aplicación en el mundo actual. Veamos cada tipo de tecnología de impresión 3D por separado.

Impresora 3D de Extrusión de Material (FDM o FFF)

Las impresoras 3D FDM usan el proceso de extrusión de material como base de su funcionamiento. El material es colocado en carretes en forma de filamentos de plástico, metal y distintos otros tipos de materiales.

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Impresora 3D FFF. Imagen de 3dhubs.com

Los filamentos son pasados a través de un extrusor que se encarga de calentarlos a una temperatura adecuada para dejarlo suficientemente maleable para darle la forma deseada.

Una vez que el material es calentado, es expulsado por una boquilla que forma parte del extrusor y se va colocando de forma controlada sobre una base de Impresión siguiendo una trayectoria preestablecida en el programa de la impresora.

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La construcción de la pieza se hace en forma de capas que se van creando una sobre otra con el extrusor. Las piezas más complejas pueden requerir el uso de soportes para evitar que la pieza se caiga o se dañe mientras de fabrica.

El extrusor se mueve a través de los 3 ejes cartesianos mientras va realizando la trayectoria para la creación del objeto 3D. Por eso, estas impresoras son conocidas como Cartesianas. Se requieren multiples pasadas de una lado a otro hasta completar la fabricación de cada capa de la pieza.

Una vez que se culmina con la fabricación de una de las capas, el extrusor continua su trabajo con la siguiente capa.

También existen las impresoras Delta que se mueven de forma articulada y no siguen una trayectoria ortogonal. Las impresoras Delta son otro tipo de impresora FDM.

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La trayectoria seguida por el extrusor es cargada en el firmware de la impresora 3D en formato gcode usando un software slicer. El diseño del objeto a imprimir se puede obtener de cualquier programa de modelado 3D.

Existe una gran variedad de filamentos termoplásticos disponibles para diferentes tipos de proyectos. Al pasar por la boquilla del extrusor, el filamento es calentado a una temperatura preestablecida. Esta temperatura va definida por el tipo de filamento y las capacidades de la impresora 3D.

Filamentos ABS suelen ser calentados a temperaturas más altas que los filamentos PLA. Los filamentos ABS suelen ser depositados sobre bases de fabricación llamadas “Cama Caliente” una vez fundidos.

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El diseño de la pieza para FDM debe considerar el volumen de fabricación de la impresora requerido y las alturas de las capas necesarias para que la pieza tenga la resistencia deseada.

Piezas pequeñas pueden ser fabricadas en Impresoras 3D FDM domésticas debido a que cuentan con volúmenes de alrededor de 200 x 200 x 200 mm. Piezas más grandes pueden ser creadas en piezas separadas que luego pueden ser ensambladas o ser impresas en impresoras 3D industriales que pueden tener volúmenes de impresión de hasta 1000 x 1000 x 1000 mm.

Las capas de las piezas suelen ser fabricadas comúnmente con 200 micrones de espesor. Piezas con espesores más delgados suelen ser más débiles. El espesor adecuado debe ser determinado en la etapa de diseño del objeto 3D.

Un problema típico de las impresoras FDM es la deformación de las piezas (Warping) que se produce al enfriarse el material ya fundido. Por otro lado, la necesidad de soportes debe ser bien establecida desde la etapa de diseño del objeto 3D para que la impresión del objeto sea estable. Además, un mal programa laminador puede hacer que los soportes se adhieran a las paredes del objeto y dañen al extraerlos.

La piezas impresoras con filamentos suelen más resistentes y de uso funcional pero no suelen ser tan precisas en el trabajo con piezas muy pequeñas.

Impresoras 3D FDM a la Venta

A continuación, te mostramos un catálogo de diferentes impresoras 3D de filamento:

Filamentos para Impresoras FDM

A continuación, listamos los distintos tipos de filamentos que pueden ser usados por las impresoras FDM:

Impresora 3D de Polimerización VAT (SLA, DLP y LCD)

Estás impresoras 3D solidifican resina fotosensible líquida contenida en un tanque, usando una fuente de luz. La luz puede ser generada por un láser (SLA) o un proyector de luz digital (DLP). En ambos casos, la luz es dirigida hacia la zona de la resina donde se encuentra la cala de impresión para que puede ser curada (convertida en sólido).

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Impresora 3D de resina. Imagen de 3dhubs.com

A diferencia de las impresoras 3D de filamento, las impresoras SLA suelen producir acabados muy precisos en los objetos impresos. Este tipo de impresoras 3D suelen ser usadas para la impresión de piezas pequeñas donde gran precisión es requerida.

Las impresoras 3D SLA crean los objetos mediante el curado de resina capa por capa usando un haz de luz ultravioleta. Esta resina es un polímero líquido y suele venir en botellas. La resina es depositada en la bañera de la impresora 3D donde luego se introduce el laser para curado.

A diferencia de las impresoras FDM, la base de impresión no es fija y se debe mover en forma vertical para entrar y salir de la bañera llena de resina dependiendo de la trayectoria trazada por el diseño del objeto.

Impresoras Bottom-Up (las más comunes actualmente) inician la fabricación en el fondo y van movimiento la cama de impresión hacia arriba hasta que la pieza es fabricada.

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Impresoras 3D Top-Down inician en la superficie de la resina y mueven la.cama de impresión durante el proceso de curado de cada capa.

El proceso de curado de la resina se conoce como Fotopolimerización y solidifica el líquido creando uniones de cadenas irreversibles que resultan en el polímeros termoestables sólidos. Este material sólido ya no puede revertirse a líquido.

Una vez que el diseño del modelo 3D es cargado en el firmware de la Impresora y ha sido convertido a gcode, la impresora puede iniciar el proceso de impresión 3D.

Para iniciar el proceso de impresión, el brazo se mueve hacia abajo y se posiciona apenas a una capa de distancia de la superficie superior del líquido.

Una vez que el brazo ha sido posicionado dentro del líquido, el laser comienza el proceso de curado y solidificación del polímero líquido mediante varios haz de luces que son chocados contra espejos reflectores ubicados en el interior de la bañera. Este juego de espejos se conocen como Galvos.

El choque del laser con los Galvos hace que la luz sea reflejada de forma homogénea a través del area de trayectoria cargado en el programa gcode. Al culminar la primera capa, el mismo procedimiento se repite para las capas subsiguientes.

Para imprimir la siguiente capa, la plataforma de impresión se mueve hacia arriba o hacia abajo la distancia suficiente para continuar con el curado de resina necesario para la nueva capa.

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Existen impresoras SLA que imprimen la pieza moviendo el brazo con el laser desde el interior de la bañera hacia arriba elevando la base de impresión cada vez que una capa en completada.

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Otra clase de impresoras SLA mueven la fuente del laser (en el plato de impresión) desde arriba en la parte superior de la resina hacia el fondo capa por capa. En este caso, la pieza se encuentra posicionada en forma invertida hacia abajo.

Una vez que la pieza está impresa, se debe realizar un proceso de curado posterior que consiste en someterla a luz de rayos UV de forma intensa y, finalmente, colocándola dentro de una bañera de alcohol. Este curado posterior permite que las piezas sean más resistentes y posean mayor resistencia a temperaturas.

Las capas de los objetos 3D creados con resina suelen ser tener espesores entre 25 a 100 micrones lo cual bastante menor que en el caso de las impresoras de filamento.

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Las piezas siempre son impresas con soportes los cuales se deben retirar al finalizar el proceso de impresión. Las SLA que imprimen hacia arriba suelen requerir mayor cantidad de soportes que las que imprimen de arriba hacia abajo.

Aplicaciones típicas para estas impresoras son: Piezas de joyería y Piezas dentales. Estás impresoras se suelen usar tanto a nivel doméstico e industrial.

Es recomendable siempre usar la resina de la marca específica de la impresora para lograr mejores resultados de impresión.

Estás impresoras pueden fabricar piezas con mayor precisión de hasta 0.15 mm, pero las piezas suelen ser menos robustas que las FDM.

Precio de Impresoras 3D de Resina

Resinas para Impresoras SLA

Existen muchos tipos de resinas SLA:

Impresora 3D de Fusión de polvo en cama (SLS, DMLS, SLM y EBM)

Las Impresoras 3D SLS basan su funcionamiento en la sinterización, cuyo objetivo es fusionar partículas de polímero termoplástico en polvo con el uso de un laser para crear objetos sólidos.

Al igual que el resto de los tipos de impresoras 3D, las impresoras SLS ejecutan la creación de la pieza capa por capa. En este caso, son capas son creadas del mismo polvo cuyas partículas son fusionadas para dar la forma indicada en el firmware de la Impresora.

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Impresora 3D SLS. Imagen de 3dhubs.com

Las impresoras de este tipo usan una fuente de calor dirigido sobre una capa de polvo (polímeros o metales) para hacer sinterizar (fusionar) las partículas del polvo hasta formar una capa sólida. Las capas de polvo son colocadas sobre la cama de impresión usando una paleta esparcidora y la cama de impresión se desplaza hacia abajo una vez que una capa está lista.

Distintos tipos de polvos se pueden usar para distintas aplicaciones. Polvo de polímeros se usan con las impresoras SLS mientras que polvos de.metal se usan para las impresoras DMLS, SLM y EBM.

El polvo es granular y se deposita en una cubeta alimentadora desde la cual es llevado hasta el area de fusión del polvo denominado “Plataforma de fabricación”. Un rodillo se encarga de mover el polvo desde el depósito hasta la plataforma de fabricación.

Una vez que el polvo es colocado en la plataforma de fabricación, el laser CO2 es activado y dirigido a lo largo de la trayectoria requerida para fabricar el objeto 3D. Un conjunto de espejos conforman el sistema de escaneo que dirige el laser hacia la trayectoria programa para cada capa.

Una vez que el laser escanea el contorno de cada capa, las partículas son fusionadas y la pieza 3D es creada. Luego que una capa es completada, la plataforma de fabricación se dirige hacia abajo para dar paso a la creación de la nueva capa.

Después de la impresión, las piezas 3D deben ser enfriadas antes de ser limpiadas con aire comprimido y luego procesadas. El polvo recuperado después de la limpieza del objeto 3D puede ser reusado para imprimir nuevas piezas.

Las impresiones en SLS son más precisas y a la vez con buena resistencia mecánica.

La principal ventaja de las impresoras SLS es que no se requiere material soporte para la impresión del objeto 3D. Por otro lado, es posible aprovechar el volumen de impresión de las plataformas de fabricación para imprimir varias partes de un objeto al mismo tiempo.

La fuente de calor varía dependiendo del tipo de impresora. Las impresoras SLS, DMLS y SLM usan un láser CO2 para crear el calor necesario para el sinterizado. Las impresoras EBM usan haces de electrones de alta energía para inducir la fusión entre las partículas del polvo.

Los polvos requeridos estas impresoras suelen ser vendidos por los mismos fabricantes de las impresoras. Además, estas impresoras suelen ser usadas a nivel industrial con muy poco uso a nivel doméstico debido a alto costo.

Estás impresoras 3D SLS se suelen usar para crear piezas funcionales de plástico debido a que son bastante resistentes y Piezas con agujeros.

Las impresoras DMLS, SLM y EBM suelen ser usadas en aplicaciones donde se requieren piezas de metal. Se suelen usar para fabricar coronas y puentes dentales, partes del cuerpo a medida del paciente, partes de vehículos y partes de aviones.

Material para Impresora SLS

El Nylon 12 o polyamide 12 es el material más usado en las impresoras SLS, el cual es bastante costo en comparación con los filamentos y resinas. El Nylon PA ofrece buenas propiedades mecánicas y buena resistencia química, sin embargo, brinda un resultado mate y rústico que merece ser trabajado en una etapa de post-procesamiento.

Las piezas impresas en SLS suelen ser usadas en piezas funcionales y prototipos.

Impresora 3D de Inyección de Material (MJ, PJ y DOD)

Impresoras de interés de Material depositan gotas de resina fotosensible sobre una cama de impresión con posterior curado UV en forma lineal. Las gotas de resina son colocadas sobre la cama de impresión por medio de una cabeza de impresión que sigue el área definida en el firmware. Está cabeza de impresión también posee la fuente de luz UV para solidificación.

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Impresora 3D de Inyección de Material. Imagen de 3dhubs.com

El haz de luz es pasado sobre las gotas de resina depositadas en forma de escáner permitiendo un curado más eficiente que en el caso del curado con láser.

Una vez que se culmina una capa, la plataforma de fabricación se desplaza hacia abajo para permitir la creación de la nueva capa.

El material soporte es depositado al mismo tiempo que el material de impresión y está formado por un material disolvente que es removido una vez extraída la pieza impresa.

Las impresoras DOD (Drop on Demand) tienen 2 cabezas de impresión lo cual permite imprimir el material de impresión por un lado y el material disolvente por otro.

Estás Impresoras suelen ser usadas en entornos industriales para imprimir prototipos visuales a full color, partes del cuerpo humano o prototipos de moldes de inyección.

Impresora 3D de Inyección de Aglutinante (BJ)

Estas Impresoras 3D depositan gotas de material aglutinante sobre capas de polvo haciendo que las partículas de dicho polvo se unan formando la pieza solida.

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Impresora 3D Binder Jetting. Imagen de 3dhubs.com

Las capas de polvo son depositadas sobre la cama de fabricación de forma similar a las impresoras de fusión de polvo, usando una paleta esparcidora.

En este caso, la unión de las partículas se logra gracias al agente aglutinante que suele ser depositado con un extrusor en movimiento sobre el área de impresión. El agente aglutinante es características específicas para cada marca de impresora.

Una vez que la capa es creada, la cama de impresión se mueve hacia abajo para permitir la impresión de la siguiente capa.

Con estas impresoras 3D se pueden imprimir objetos a partir de polvos PMMA (plaster-based) que logran impresiones a full color a partir de polvos de arenisca. Estás impresoras de arenisca suelen usar 2 cabezas de impresión: una para imprimir el agente Aglutinante y la otra para imprimir la tinta.

También se pueden imprimir moldes y núcleos de arena que pueden usar silica como reemplazo del polvo de arenisca.

Otros tipos de impresoras permiten imprimir en metal en cuyo caso se usa polvo metálico y un agente aglutinante especial para dicho metal.

Entre las aplicaciones de estas impresoras tenemos: objetos a full color, Piezas de metal funcionales y modelado en arena.

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