La impresión 3D es una tecnología de prototipado y producción digital que fabrica piezas de plástico o metal capa a capa. También se conoce como fabricación aditiva porque el material se añade gradualmente para construir la pieza, a diferencia de los procesos de fabricación sustractiva —como el mecanizado CNC , el corte por láser, el corte por plasma, el chorro de agua, el estampado, etc.— que eliminan material para formar la materia prima.
Aunque se inventó en la década de 1980, la impresión 3D ha crecido enormemente en importancia en el siglo XXI, convirtiéndose la impresión 3D de plástico en un método importante de creación de prototipos y siendo la fabricación aditiva de metales de alta calidad algo común en industrias como la aeroespacial y la médica.
Los distintos tipos de impresoras 3D funcionan de maneras diferentes, aunque suelen compartir ciertas características fundamentales. Todas las impresoras 3D se controlan mediante instrucciones informáticas (en forma de código G) y funcionan transformando la materia prima —por ejemplo, metal en polvo, resina líquida o filamento termoplástico— en una nueva forma, capa a capa, hasta que se construye un objeto 3D completo.
Aunque la fabricación aditiva de calidad industrial está en auge, las impresoras 3D todavía se utilizan principalmente como herramienta de prototipado. Esto se debe a que tienen costes iniciales muy bajos, no requieren utillaje y son muy rápidas para imprimir piezas únicas.
Esta guía de impresión 3D abarca los fundamentos de la tecnología, incluidos los procesos clave, los materiales, las ventajas sobre los métodos de fabricación tradicionales y las aplicaciones comunes.
¿Cuáles son las diferentes tecnologías de impresión 3D?
Según la norma ISO/ASTM 52900-15, los principales tipos de tecnologías de impresión 3D se pueden clasificar en siete grupos principales: fotopolimerización en cuba, inyección de material, inyección de aglutinante, fusión de lecho de polvo, extrusión de material, deposición de energía dirigida y laminación de láminas.
Cada uno de ellos utiliza una tecnología subyacente diferente, tiene parámetros distintos y destaca en aplicaciones diferentes.
FDM
La modelización por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés), también conocida como fabricación por filamento fundido (FFF, por sus siglas en inglés), es una tecnología de impresión 3D que imprime filamento termoplástico calentándolo hasta alcanzar un estado fundido y luego extruyéndolo a través de una boquilla en un cabezal de impresión móvil.
La tecnología FDM funciona extruyendo un flujo constante de material termoplástico desde un cabezal de impresión que se mueve a lo largo de dos ejes (siguiendo instrucciones informáticas). El material extruido forma una figura 2D sobre la base de impresión, se enfría y finalmente se solidifica. A continuación, el cabezal de impresión se eleva gradualmente para avanzar a la siguiente capa 2D, que se imprime sobre la primera, y este proceso se repite hasta que se imprime la figura 3D completa.
Debido a su variedad de materiales, su asequibilidad y su facilidad de uso en entornos no industriales, la tecnología FDM es la tecnología de impresión 3D dominante para los consumidores y también se utiliza ampliamente en entornos profesionales como herramienta de creación de prototipos.
Entre los principales fabricantes de impresoras 3D FDM se encuentran Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax y LulzBot.
SLA
La estereolitografía (SLA) es una forma de fotopolimerización en cuba que utiliza un rayo láser para crear formas 3D en una cuba de resina líquida fotosensible.
El proceso SLA funciona moviendo un haz láser altamente enfocado en un patrón preciso dentro del recipiente de resina. Debido a que la resina es fotosensible, el haz láser puede curarla y solidificarla, pero solo en las áreas exactas sobre las que se enfoca. Esto permite que la impresora 3D SLA forme una figura 2D sólida en la resina líquida antes de mover gradualmente la plataforma de construcción para avanzar a la siguiente capa. (Una tecnología de fotopolimerización relacionada, el procesamiento digital de luz (DLP), utiliza un proyector en lugar de un haz láser).
La estereolitografía (SLA) es un proceso de impresión 3D preciso que produce piezas de plástico frágiles con una superficie lisa. Se utiliza para la creación de prototipos y en campos como la odontología y la fabricación de joyas.
Entre los principales fabricantes de impresoras 3D SLA se encuentran Formlabs, Creality, XYZprinting y DWS Systems.
SLS
La sinterización selectiva por láser (SLS, por sus siglas en inglés) es una tecnología de impresión 3D que utiliza un rayo láser para sinterizar partículas de material en polvo, normalmente nailon o poliamida.
Durante el proceso SLS, la base de impresión se cubre con una fina capa de polvo. Un láser controlado por ordenador dibuja una forma bidimensional en el polvo, fusionando las partículas y creando una forma sólida. Una vez completada una capa bidimensional, la base de impresión se mueve gradualmente para permitir la impresión de las capas sucesivas. Dado que la pieza impresa siempre está rodeada de polvo sin sinterizar, no requiere estructuras de soporte (una especie de andamiaje impreso que se utiliza en tecnologías como FDM para mantener unida la pieza).
La tecnología SLS se utiliza tanto en la creación de prototipos como en la producción de bajo volumen. Entre sus ventajas se incluyen la libertad geométrica y la capacidad de imprimir varias piezas muy juntas en una sola operación.
Entre los fabricantes de impresoras 3D SLS se incluyen EOS, 3D Systems y Prodways (industriales), así como Sinterit, Sintratec y Formlabs (de sobremesa).
Fusión de chorro múltiple
Multi Jet Fusion (MJF), desarrollado por el gigante de la impresión HP, es otro proceso de impresión 3D por fusión de lecho de polvo para la fabricación de piezas de polímero.
Es similar a la sinterización selectiva por láser (SLS), pero en lugar de utilizar un láser para sinterizar partículas de polvo, deposita una tinta especial sobre el polvo que ayuda a absorber la luz infrarroja; a continuación, se dirige la luz infrarroja hacia el polvo, provocando la fusión de las partículas.
MJF puede considerarse una combinación de SLS y inyección de aglutinante, un proceso que se utiliza habitualmente para fabricar piezas metálicas.
Inyección de material
No debe confundirse con la impresión por inyección de aglutinante, ya que la impresión por inyección de material es una familia distinta de procesos de impresión 3D en los que los cabezales de impresión de inyección de tinta depositan el material capa por capa.
El proceso de inyección de material consiste en proyectar selectivamente un material fotorreactivo sobre la base de impresión y luego curarlo con luz ultravioleta, de forma similar a la estereolitografía (SLA), pero sin el depósito de líquido. El proceso se repite, capa a capa, hasta completar la pieza. Algunas impresoras utilizan la inyección continua, mientras que otras emplean la inyección bajo demanda.
Las impresoras 3D de inyección de material suelen imprimir con fotopolímeros termoestables líquidos, que pueden presentar diferentes propiedades de material.
Entre los principales fabricantes de impresoras 3D de inyección de material se encuentran 3D Systems, Stratasys (PolyJet) y Xjet.
SLM
La fusión selectiva por láser (SLM) es un proceso de fabricación aditiva de metales y una de las formas más importantes de impresión 3D para la producción de piezas de uso final.
La fusión selectiva por láser (SLM), una forma de fusión de lecho de polvo, se asemeja a la sinterización selectiva por láser (SLS) en que utiliza un láser dirigido a un lecho de polvo metálico. Sin embargo, las partículas se funden completamente en lugar de solo sinterizarse, y el proceso se utiliza para procesar diversos polvos metálicos en vez de nailon y poliamida. Otra diferencia es que la SLM generalmente requiere una cámara de impresión sellada con gas inerte. Las mejoras en la tecnología SLM la han convertido en una alternativa viable al mecanizado y la fundición.
La tecnología SLM tiene una gran variedad de usos, desde la creación rápida de prototipos metálicos hasta la producción de componentes aeroespaciales de uso final e implantes médicos de titanio.
Entre los principales fabricantes de impresoras 3D SLM se encuentran SLM Solutions y Renishaw.
DMLS
La sinterización láser directa de metales (DMLS) es otra forma de fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo para piezas metálicas.
La DMLS se asemeja a la SLS en que utiliza un láser para sinterizar partículas; sin embargo, se emplea para metales en lugar de nylons. La DMLS también se asemeja a la SLM en muchos aspectos, pero su láser no funde completamente la materia prima como lo hace la SLM. Por lo tanto, la DMLS suele limitarse a aleaciones metálicas.
La impresión 3D DMLS está dominada por EOS, que desarrolló el proceso (y el nombre DMLS) en la década de 1990.
Chorro de aglutinante
La impresión por inyección de aglutinante es un proceso único de impresión 3D que utiliza un aglutinante para fabricar piezas a partir de polvos de metal, arena o cerámica.
El proceso de inyección de aglutinante consiste en recubrir la base de impresión con polvo y, a continuación, rociar selectivamente dicho polvo con un aglutinante (una especie de pegamento) para crear una forma bidimensional. El aglutinante, similar a un pegamento, une las partículas del polvo en lugar de, por ejemplo, sinterizarlas. Posteriormente, la plataforma de construcción se mueve para permitir que la impresora adhiera la siguiente capa, y así sucesivamente.
Las piezas impresas mediante inyección de aglutinante normalmente necesitan un tratamiento térmico o una infiltración (con otro material) después de la impresión, para eliminar el material aglutinante y fortalecer la pieza.
Entre las principales empresas de impresoras 3D de inyección de aglutinante se encuentran 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged y HP.
Materiales de impresión 3D
Filamentos termoplásticos (FDM)
La gran mayoría de los materiales utilizados en la impresión 3D FDM son filamentos termoplásticos disponibles en bobinas de diferentes tamaños. Los termoplásticos se funden al calentarse y se solidifican al enfriarse sin alterar su composición química; esto los hace perfectos para la impresión 3D por extrusión.
Un filamento termoplástico común para impresión 3D FDM es el ácido poliláctico (PLA), que tiene un bajo punto de fusión y es respetuoso con el medio ambiente. El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), que tiene un punto de fusión más alto pero se extruye con mayor facilidad, es otra opción popular. Otros materiales comunes para impresión 3D FDM incluyen PETG y PC.
Si bien la mayoría de los termoplásticos imprimibles son rígidos, existen algunos filamentos flexibles para FDM, como el TPE y el TPU, que son adecuados para piezas con apariencia de caucho.
Filamentos compuestos (FDM)
Muchas impresoras 3D FDM son capaces de imprimir termoplásticos reforzados con aditivos como fibra de vidrio o de carbono. Estos materiales pueden tener una resistencia muy superior a la de los termoplásticos comunes (aunque, dado que las piezas de vidrio o las fibras cortadas están orientadas aleatoriamente, los materiales suelen ser menos resistentes que las fibras continuas impresas, que requieren una tecnología de impresión específica y costosa).
Resinas líquidas (SLA, DLP)
Los materiales para los procesos de impresión 3D por fotopolimerización en cuba, como SLA y DLP, se presentan en forma de resinas fotosensibles líquidas que contienen monómeros, oligómeros y fotoiniciadores. Estas resinas se curan mediante una fuente de luz para obtener piezas impresas sólidas.
Existen diferentes resinas para satisfacer distintas necesidades; por ejemplo, algunas son totalmente transparentes, mientras que otras ofrecen mayor resistencia al impacto. Sin embargo, no tienen nombres universales como los termoplásticos. En cambio, los distintos fabricantes de resinas para impresión 3D producen diferentes mezclas de resina, que suelen tener etiquetas sencillas como «resina estándar» o «resina transparente».
Polvos de nailon/poliamida (SLS)
El material más utilizado en la impresión 3D SLS es el nailon, un termoplástico de ingeniería que produce piezas impresas en 3D resistentes, rígidas y duraderas.
Las impresoras 3D SLS sinterizan nailon en forma de polvo, y existen varios tipos de polvo de nailon (y otros polvos) que se pueden imprimir. El nailon 12 es un buen material multiusos para piezas y prototipos, mientras que el nailon 11 es particularmente resistente y dúctil. El nailon reforzado con aluminio y el TPU son otras opciones de polvo para SLS.
Polvos metálicos (SLM, DMLS)
Los procesos de fabricación aditiva de metales, como la fusión selectiva por láser (SLM), son compatibles con polvos metálicos que pueden fundirse mediante el rayo láser de la impresora. Estos polvos suelen fabricarse mediante atomización con gas, lo que produce partículas esféricas que fluyen con facilidad.
Existe una amplia variedad de metales disponibles como polvos para impresión 3D en procesos SLM y otros procesos de fusión de lecho de polvo. Entre ellos se incluyen aleaciones de titanio de alta resistencia y alta temperatura; aleaciones de aluminio; aceros inoxidables; aleaciones de cobalto-cromo; y aleaciones de níquel.
Software de impresión 3D
Las impresoras 3D son máquinas digitales, por lo que el software desempeña un papel fundamental en el proceso de impresión 3D. Si bien existen algunas similitudes entre los distintos tipos de software para impresión 3D (algunos paquetes de software incluyen muchas herramientas diferentes), hay cuatro categorías principales: modelado 3D, reparación de archivos STL, segmentación y gestión de impresión.
Software de modelado 3D
El software de diseño asistido por ordenador (CAD), a veces llamado software de modelado 3D, se utiliza para diseñar modelos 3D en la pantalla de un ordenador que, en última instancia, pueden convertirse en objetos físicos impresos en 3D.
Este tipo de software permite modelar formas 3D visualmente, seleccionando parámetros o escribiendo código. Entre sus funciones se incluyen herramientas de modelado automático, integración CAM y herramientas de simulación.
Algunos programas informáticos comunes para la impresión 3D y el modelado 3D son TinkerCAD y Fusion 360 (ambos de Autodesk), SolidWorks de Dassault Systèmes, Rhino y Blender.
Software de reparación STL
El software de reparación de archivos STL o de mallas, que a veces viene incluido con el software CAD o de laminado, está diseñado para analizar y reparar archivos imprimibles en 3D y así facilitar una impresión fluida.
Entre los paquetes de reparación de archivos STL independientes más populares se encuentran Magics de Materialise y Netfabb/Meshmixer de Autodesk, mientras que los ya mencionados Fusion 360 y Blender incluyen herramientas de reparación de archivos STL.
Software de corte
El software de modelado 3D crea archivos de malla que contienen información sobre un modelo 3D, pero una impresora 3D no puede procesar estos archivos. Aquí es donde entra en juego el software de laminado para impresoras 3D.
El software de segmentación divide una malla 3D en capas individuales que se pueden imprimir en 3D de forma secuencial, y exporta los datos de estas capas como código G, que una impresora 3D puede leer y ejecutar.
Slic3r, Cura y Repetier son aplicaciones de software comunes para el laminado en impresión 3D.
Software de gestión de impresión
Algunos usuarios de impresoras 3D, especialmente aquellos que utilizan varias impresoras a la vez, pueden necesitar un software de gestión de impresión 3D para administrar los trabajos de impresión, supervisar el rendimiento y el estado de la máquina y controlar el suministro de materiales.
Las herramientas de gestión de impresión abarcan desde herramientas web fáciles de usar como OctoPrint, hasta sistemas profesionales de ejecución de fabricación aditiva (MES) como Materialise Streamics y Oqton FactoryOS.
¿Cuáles son las ventajas de la impresión 3D?
La impresión 3D ofrece numerosas ventajas frente a procesos alternativos como el mecanizado CNC y el moldeo por inyección. Entre ellas se incluyen:
- Velocidad: Especialmente para la creación rápida de prototipos de piezas únicas, la impresión 3D es uno de los métodos de fabricación más rápidos. Los archivos digitales se pueden enviar a una impresora 3D con una preparación mínima. Esto puede brindar a las empresas una ventaja competitiva, acortando los ciclos de I+D y el tiempo de comercialización.
- Costo: Dado que no se requiere utillaje costoso, la impresión 3D es muy económica para fabricar piezas únicas o series cortas. Además, el desperdicio de material es mínimo, ya que el proceso es aditivo, no sustractivo.
- Libertad geométrica: La impresión 3D está sujeta a menos restricciones de diseño que procesos como el moldeo por inyección, lo que permite crear patrones complejos e incluso secciones internas complejas. Esto es especialmente cierto en procesos de lecho de polvo como la sinterización selectiva por láser (SLS), ya que el polvo soporta la estructura impresa por todos los lados.
- Consistencia: Aunque la impresión 3D se utiliza a menudo para piezas únicas y prototipos, en realidad produce duplicados muy consistentes, ya que la calidad de la pieza no depende de factores como la vida útil del molde o el desgaste de la herramienta.
Entre las limitaciones de la impresión 3D se incluyen la lentitud en grandes volúmenes, la resistencia limitada de las piezas en comparación con los procesos sustractivos y de conformado, el coste del material (el filamento FDM es más caro que volúmenes equivalentes de gránulos de moldeo por inyección, por ejemplo), la gama limitada de materiales y las opciones limitadas de coloración.
¿Cuáles son las aplicaciones de la impresión 3D?
La impresión 3D tiene aplicaciones en diversos sectores, tanto para la creación rápida de prototipos como para la producción de series cortas. A continuación, se presentan seis aplicaciones de la impresión 3D y casos de uso específicos.
Prototipado rapido
En todos los sectores, una aplicación clave de la impresión 3D es la creación rápida de prototipos de piezas nuevas durante la I+D. Ninguna otra tecnología está tan bien preparada para la fabricación instantánea de piezas de plástico o metal, incluso fuera de entornos industriales.
Las empresas pueden utilizar impresoras 3D internamente, mientras que algunas prefieren encargar prototipos impresos en 3D a través de empresas de servicios.
Medicina
La impresión 3D permite fabricar componentes médicos como implantes de titanio personalizados y guías quirúrgicas (SLM), prótesis impresas en 3D (SLS, FDM) e incluso tejido humano bioimpreso en 3D. También se pueden imprimir en 3D componentes para equipos y maquinaria médica, como máquinas de rayos X y resonancia magnética.
Tecnologías como SLA y SLS también se utilizan ampliamente en la industria dental para modelos, prótesis y restauraciones.
Aeroespacial
La industria aeroespacial ha adoptado ampliamente la tecnología de impresión 3D, ya que permite fabricar piezas muy ligeras con una excelente relación resistencia-peso. Algunos ejemplos incluyen componentes sencillos como mamparas de cabina (SLS), así como componentes de motor revolucionarios (SLM), como la punta de la boquilla de combustible impresa en 3D desarrollada y fabricada por GE.
Motorium
Las empresas automovilísticas utilizan habitualmente impresoras 3D para fabricar piezas de repuesto y reparaciones únicas, así como prototipos rápidos. Entre las piezas de automóvil impresas en 3D más comunes se incluyen soportes, componentes del salpicadero y componentes de antenas (FDM).
Entre los ejemplos más extremos se incluyen coches con grandes componentes estructurales metálicos impresos en 3D, como los primeros modelos de la empresa emergente de automóviles Divergent.
Joyas y arte
Las tecnologías de impresión 3D, como la estereolitografía (SLA), se utilizan ampliamente (como proceso de fabricación indirecto) en la producción y reparación de joyas, mientras que prácticamente todo tipo de impresoras 3D pueden utilizarse para crear obras de arte y esculturas.
Construcción
Los avances en la fabricación aditiva de calidad industrial han ampliado el abanico de aplicaciones en la construcción y la arquitectura. La impresión 3D de hormigón, que funciona de forma similar a la FDM pero con extrusoras de boquilla muy ancha, desempeña un papel importante en este sector, pero también se pueden utilizar tecnologías de impresión 3D más comunes, como la SLM, para fabricar elementos como estructuras de puentes.
formatos de archivo para impresión 3D
Las piezas impresas en 3D se pueden diseñar con software CAD estándar, pero las impresoras 3D solo pueden leer formatos de archivo específicos. Existen cuatro formatos principales de archivo legibles por máquina para impresión 3D.
STL: El formato de archivo más común para impresoras 3D, STL, contiene información sobre la geometría de la pieza en forma de triángulos teselados. No incluye información como color, material o textura. El tamaño del archivo es proporcional al nivel de detalle, lo que puede ser un inconveniente.
OBJ: El formato de archivo OBJ, menos común que STL, codifica la geometría de modelos 3D y puede incluir curvas y superficies de forma libre, además de teselaciones. También puede contener información sobre color, material y textura, lo que lo hace útil para procesos a todo color.
3MF: Inventado por Microsoft, 3MF es un formato basado en XML con archivos de tamaño reducido y un buen nivel de prevención de errores. Aún no se ha adoptado de forma generalizada, pero cuenta con el respaldo de empresas como Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP y GE.
AMF: Sucesor del formato STL, AMF es mucho más ligero y permite la teselación de triángulos curvos, además de los planos, lo que facilita enormemente la codificación de piezas detalladas con diversas formas. La adopción de este formato ha sido lenta desde su introducción.
Configuración y especificaciones de impresión 3D
La impresión 3D utiliza terminología específica del proceso que puede resultar confusa para quienes se inician en ella. Estos términos se refieren a la configuración o las especificaciones de la impresora, factores que pueden afectar el resultado final de las piezas impresas en 3D.
Relleno
Al fabricar piezas impresas en 3D, es posible que deba especificar un porcentaje de relleno, que se refiere a la densidad interna de la pieza. Un porcentaje de relleno bajo dará como resultado una pieza prácticamente hueca con una cantidad mínima de material que mantiene la forma; un relleno alto dará como resultado una pieza más resistente, densa y pesada.
Altura de la capa
La altura de capa, también conocida como resolución del eje Z, es la distancia entre una capa 2D de una pieza y la siguiente. Una menor altura de capa implica una mayor resolución (y un mayor nivel de detalle) a lo largo del eje Z, es decir, de arriba abajo. Una altura de capa pequeña indica una impresora de alta calidad, pero los usuarios pueden especificar alturas de capa mayores para una impresión más rápida y económica.
Velocidad de impresión
La velocidad de impresión de una impresora, medida en milímetros por segundo, indica la rapidez con la que la máquina puede procesar la materia prima. Al igual que la altura de capa, este valor puede indicar la velocidad máxima de la impresora o ser un valor determinado por el usuario: las velocidades de impresión más lentas suelen producir impresiones más precisas.
Temperatura de impresión
En procesos como la impresión FDM, la temperatura de impresión suele referirse a la temperatura del extrusor, la parte del cabezal de impresión que calienta el filamento termoplástico. Algunas impresoras FDM también cuentan con una base de impresión calefactada, cuya temperatura viene especificada por el fabricante. En ambos casos, la temperatura suele ser controlable por el usuario.
Resolución
En la impresión 3D, la resolución casi siempre se refiere al movimiento mínimo posible a lo largo de los ejes X e Y (ancho y profundidad), ya sea mediante un rayo láser (SLA, SLM, etc.) o un cabezal de impresión (FDM). Este valor es más difícil de medir que la altura de capa y no siempre es proporcional a ella.
Los depósitos
Al igual que el grosor de la pared en el moldeo por inyección, el grosor de la pared exterior de una pieza impresa en 3D se refiere a ese grosor. Al imprimir en 3D, los usuarios suelen seleccionar el número de capas: una capa tiene un grosor igual al de la boquilla de la impresora 3D; dos capas tienen el doble de grosor, etc.
Impresión 3D en color
Dado que la impresión 3D se utiliza principalmente como herramienta de prototipado, las impresiones monocromáticas son suficientes para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, existen algunas opciones para imprimir en 3D a color, como las impresoras de inyección de material de alta gama, las impresoras FDM de extrusoras múltiples y las opciones de postprocesamiento.
Tecnologías de propulsión a chorro
Importantes empresas de impresión 3D como Stratasys, 3D Systems y Mimaki han desarrollado impresoras 3D de inyección de material y de aglutinante que pueden imprimir modelos 3D a todo color, al igual que las impresoras de inyección de tinta 2D. Sin embargo, estas máquinas son caras y las piezas no siempre presentan excelentes propiedades mecánicas.
Extrusión múltiple
Varias impresoras 3D FDM vienen con dos (o más) cabezales de impresión, lo que permite imprimir dos bobinas de filamento —de diferentes colores o incluso de materiales distintos— simultáneamente en la misma impresión. Esto es sencillo y económico, pero generalmente se limita a dos colores.
Intercambio de filamentos
Es posible realizar impresiones multicolor con una impresora 3D FDM de extrusor único. Esto implica pausar la impresión en ciertos puntos y reemplazar la bobina de filamento con un filamento de otro color. Este método de aplicación de color es muy lento y no ofrece un control preciso sobre la ubicación de cada color.
Agregar color después de la impresión
Muchas piezas impresas en 3D se pueden teñir, colorear o pintar después de la impresión. Si bien esto añade un paso más al proceso, suele ofrecer el mejor equilibrio entre calidad y rentabilidad.
Postprocesamiento de piezas impresas en 3D
Muchas piezas impresas en 3D requieren algún tipo de postprocesamiento tras su salida de la impresora. Esto puede incluir procesos esenciales como la eliminación de soportes o procesos estéticos opcionales como la pintura. Algunos procesos son comunes a todas o a la mayoría de las tecnologías de impresión 3D, mientras que otros son específicos de cada tecnología.
Eliminación de soporte
Las tecnologías de impresión 3D, como FDM y SLA, requieren la impresión de estructuras de soporte (puntales verticales entre la base de impresión y la pieza en sí) para que el objeto impreso no se derrumbe durante su fabricación.
Estos soportes deben retirarse una vez terminada la pieza. Algunas impresoras, como las FDM de doble extrusión, pueden imprimir las estructuras de soporte en un material soluble, lo que permite separarlas fácilmente de la pieza mediante productos químicos líquidos. Los soportes no solubles deben cortarse manualmente, dejando una marca que puede requerir lijado.
Lavado y eliminación de polvo
Algunas tecnologías de impresión 3D (por ejemplo, SLA) dejan residuos pegajosos en las piezas, mientras que otras (SLM, SLS) pueden dejar restos de polvo. En estos casos, es necesario lavar las piezas —manualmente o con una máquina específica— o eliminar el polvo con aire comprimido.
Tratamiento térmico
Muchas tecnologías clave de impresión 3D imprimen piezas con materiales que, al salir de la plataforma de impresión, aún no han alcanzado su estado químico final. A estas piezas se las suele llamar piezas "verdes".
Muchas piezas metálicas impresas en 3D requieren un tratamiento térmico posterior a la impresión para mejorar la fusión de las capas y eliminar los contaminantes. Por ejemplo, las impresoras 3D de inyección de aglutinante producen piezas que necesitan un proceso de desaglutinación y sinterización posterior a la impresión para eliminar el aglutinante polimérico del interior de las piezas metálicas.
Algunas piezas impresas en 3D con resina necesitan un postcurado después de la impresión para aumentar su dureza y hacerlas utilizables.
Acabado de superficies
Las piezas impresas en 3D pueden someterse a una gran variedad de técnicas de acabado superficial, desde procesos de texturizado como el lijado y el alisado hasta procesos visuales como la pintura y el tintado. Algunas tecnologías, como FDM, pueden producir una superficie bastante rugosa que requiere lijado, mientras que otras, como SLA, producen una superficie mucho más lisa. Consulte nuestra lista completa de servicios de acabado superficial para obtener más información.
Combinando la impresión 3D con otras tecnologías.
La impresión 3D no tiene por qué utilizarse como un proceso independiente. En lugar de considerarla una competidora del mecanizado CNC y el moldeo por inyección, puede complementar estos otros procesos de fabricación. Algunos ejemplos de combinaciones son:
Impresión 3D de la sección principal de una pieza, seguida de fresado CNC de detalles finos con tolerancias más estrictas.
Impresión 3D de un patrón maestro para fundición a la cera perdida o fundición al vacío.
Imprimir un componente en 3D y luego moldear una estructura sobre él mediante moldeo por inyección con insertos.
Existen sistemas de fabricación híbridos que combinan la impresión 3D con otras tecnologías. Por ejemplo, la INTEGREX i-400 AM de Mazak y la Lasertec DED de DMG MORI pueden realizar tanto impresión 3D como fresado CNC.
¿La impresión 3D sustituirá a otros procesos de fabricación?
Los analistas llevan mucho tiempo especulando sobre si la impresión 3D podría dejar obsoletos otros procesos de fabricación, entre ellos:
Maquinado
Molding
Casting
Sin embargo, a pesar del impulso de los fabricantes de hardware para fabricación aditiva por posicionar la impresión 3D como una tecnología de producción integral (véase, por ejemplo, la iniciativa Industria 4.0 de EOS), en la práctica la impresión 3D sigue limitada a ciertos trabajos de fabricación específicos, especialmente la fabricación de bajo volumen con materiales específicos.
La impresión 3D ha superado con creces a otros procesos en algunos ámbitos. Por ejemplo, la creación rápida de prototipos con plásticos de bajo coste como el ABS está ahora dominada por la impresión 3D, ya que imprimir ABS es más económico que mecanizarlo. La impresión 3D también parece haberse consolidado como la herramienta ideal para fabricar objetos como implantes médicos de titanio personalizados: tanto la velocidad como la flexibilidad geométrica de la impresión 3D son difíciles de igualar en situaciones específicas como esta.
No obstante, procesos como el mecanizado CNC siguen siendo superiores para la producción de piezas y prototipos de alta calidad en materiales de ingeniería como POM, PEI, PPS y PEEK, con un acabado superficial muy superior al de la impresión 3D. Además, procesos como el moldeo por inyección siguen siendo infinitamente más rápidos para la producción en masa de componentes plásticos sencillos.
Además, si bien la fabricación aditiva está experimentando algunos de los avances tecnológicos más significativos dentro de la industria manufacturera, lo que le permite afianzarse en el sector en general, los procesos más establecidos, como el mecanizado CNC y el moldeo por inyección, también se están perfeccionando para producir piezas de mayor calidad.
La impresión 3D seguirá acaparando una mayor parte de los puestos de trabajo en el sector manufacturero, pero no sustituirá por completo a otras tecnologías.
¿Cómo era la impresión 3D hace 10 años?
Hace una década, la incipiente industria de la impresión 3D se preparaba para lo que creía que sería una revolución: una impresora 3D en cada hogar, que permitiría a las familias imprimir en 3D nuevos objetos que pudieran necesitar, como una pieza de repuesto para su nevera, un nuevo juguete para sus hijos o incluso componentes para construir una segunda impresora 3D.
Entre 2012 y 2014, fabricantes de impresoras 3D FDM como MakerBot promocionaron agresivamente sus impresoras en el mercado de consumo, intentando convencer a la gente común de que una impresora 3D podía mejorar su vida personal y laboral. Sin embargo, era evidente que estas empresas intentaban explotar la novedad de la impresión 3D y que sus productos tenían poca utilidad práctica; un comunicado de prensa de MakerBot de 2012 parece confirmarlo: «Crea un juego de ajedrez completo con solo pulsar un botón. Amigos, compañeros de clase, colegas y familiares verán tus creaciones y dirán: “¡Guau!”».
Tan solo unos años después, esta supuesta revolución de la impresión 3D fracasó estrepitosamente, y muchos fabricantes de impresoras 3D comenzaron a reorientar sus objetivos, pasando del ámbito del consumidor a los mercados profesionales e industriales, donde existían aplicaciones más concretas (y lucrativas) de la tecnología aditiva.
Además, las empresas que ya operaban en el ámbito profesional e industrial, como 3D Systems y Stratasys, comenzaron a intentar desmantelar la idea de la impresión 3D como tecnología de creación de prototipos, posicionándola en cambio como una herramienta viable para la producción en masa (lo que obviamente podría ser más lucrativo para la industria de la impresión 3D, ya que se esperaría que los fabricantes llenaran fábricas enteras con impresoras 3D, compraran software de gestión de impresoras 3D y contrataran consultores de impresión 3D).
¿Cómo será la impresión 3D dentro de 10 años?
Las empresas de impresión 3D han abandonado la idea de instalar una impresora 3D en cada hogar. Sin embargo, dentro de 10 años, es posible que vean alguna forma de fabricación aditiva en un mayor número de fábricas.
Aunque la impresión 3D ya no es un tema de conversación tan recurrente entre la gente común como lo era en 2012, la tecnología sigue ganando terreno en el mundo profesional e industrial.
Según un informe reciente, la empresa de investigación de mercado 3DPBM Research prevé que el valor de la fabricación aditiva de metales aumente de 1600 millones de dólares en 2020 a 30 000 millones de dólares en 2030. Esto se debe principalmente al reposicionamiento de la fabricación aditiva como herramienta de producción y al desarrollo de materiales de ingeniería de mayor rendimiento. (Dicho esto, la impresión 3D seguirá siendo una valiosa herramienta de creación de prototipos en muchos sectores, y las aplicaciones de prototipado se beneficiarán igualmente de las mejoras tecnológicas).
Sin embargo, no solo la fabricación aditiva de metales está en auge. Tecnologías como Multi Jet Fusion de HP han abierto nuevas posibilidades en la impresión de plásticos, mientras que empresas innovadoras como Carbon han desarrollado procesos novedosos de alta velocidad en la categoría de fotopolimerización. Áreas especializadas como la bioimpresión 3D y la microimpresión 3D también están abriendo nuevos caminos constantemente, y la impresión 3D de materiales compuestos (por ejemplo, la impresión 3D de fibra de carbono continua) también está en alza: IDTechEX prevé que el mercado de la impresión 3D de materiales compuestos alcance los 1.7 millones de dólares en 2030.
En resumen, la impresión 3D se convertirá gradualmente en un serio competidor para otros procesos de fabricación en muchas disciplinas.
¿Cómo se está desarrollando la impresión 3D en China?
Aunque China cuenta con pocos fabricantes de impresoras 3D destacados —UnionTech (SLA), Farsoon (DMLS, SLS), Shining 3D (FDM, DLP) y Creality (FDM, DLP, SLA) son algunos de los nombres más conocidos—, China y la región de Asia-Pacífico constituyen uno de los mercados de impresión 3D de más rápido crecimiento, mostrando una adopción generalizada (en parte gracias a los incentivos gubernamentales).
Actualmente, la actividad de fabricación aditiva en China se concentra en Shanghái, Xi'an, Guangdong (donde tiene su sede 3ERP) y la Cuenca Económica del Mar de Bohai, que incluye Tianjin, Hebei, Liaoning y Shandong. Algunas importantes empresas occidentales de fabricación aditiva, como 3D Systems, Stratasys y EOS, tienen oficinas en Shanghái.
Aunque la producción de impresoras 3D chinas está dominada por las tecnologías FDM y de resina, alrededor de la mitad de las impresoras vendidas en China son para uso industrial (en contraposición al uso personal o profesional a pequeña escala).
En octubre de 2020, la empresa de investigación de mercado CONTEXT descubrió que el mercado chino de impresión 3D había demostrado ser mucho más resistente a la pandemia que otros mercados y estaba desempeñando un papel fundamental en la recuperación del mercado mundial de impresión 3D.
¿Cómo externalizar los servicios de impresión 3D?
La inversión en hardware y software de impresión 3D no es adecuada para todas las empresas, y muchas compañías exitosas subcontratan sus necesidades de impresión 3D a terceros, como empresas de servicios de impresión 3D en línea (para proyectos puntuales) o socios de creación de prototipos y fabricación como 3ERP (para proyectos puntuales o pedidos repetidos).
Al externalizar los servicios de impresión 3D, es importante considerar si su empresa necesita servicios de diseño y producción, o solo servicios de producción. (Tenga en cuenta que un modelo 3D mal ejecutado podría no imprimirse correctamente).
En general, encargar piezas impresas en 3D a un tercero es más sencillo que nunca. Muchos fabricantes pueden comenzar la impresión 3D con tan solo un modelo digital, aunque los proyectos más complejos pueden requerir un dibujo técnico para incluir información adicional como materiales, colores y tolerancias. Algunos proveedores de servicios de impresión 3D (incluido 3ERP) ofrecen asesoramiento sobre las tecnologías y los materiales de impresión 3D más adecuados para su proyecto.
Consulte nuestra gama completa de servicios de impresión 3D , incluyendo las tecnologías y materiales disponibles, o solicite un presupuesto para su proyecto de impresión 3D.
