Una impresora 3D utiliza un proceso de fabricación aditivo, esto es, fabrica objetos capa por capa, ya sea añadiendo material, solidificando un líquido o aglomerando un polvo. A diferencia de las máquinas herramienta convencionales que permiten fabricar piezas eliminando material mediante mecanizado, esta tecnología crea objetos añadiendo capas de material. Reduce los tiempos de producción en comparación con los procesos de mecanizado tradicionales y proporciona una gran precisión en la producción de formas complejas.
Contrariamente a las técnicas de moldeo, que requieren que el molde se haga antes de que el material pueda verterse en él para fabricar la pieza, las impresoras 3D trabajan directamente a partir de un archivo digital que se divide en secciones correspondientes a cada capa de material.
Filamento de PET para impresora 3D de la marca Makerbot
Los materiales difieren según el tipo de impresora 3D. Estos son los materiales comúnmente utilizados —las tecnologías enumeradas a continuación se describen en la siguiente sección—:
Se están llevando a cabo muchas investigaciones para reemplazar los materiales actuales como el ABS y el PLA, procedentes de la industria petrolera y de la agricultura intensiva, respectivamente, con materiales más respetuosos con el medio ambiente como la arcilla, el barro, la pulpa de madera, los cereales producidos localmente (VGA) o las algas (SWF). En el ámbito de la construcción o de la ingeniería civil, también están surgiendo impresoras 3D que pueden utilizar morteros específicos.
¿Cuáles son las principales técnicas de impresión en 3D?
Las impresoras 3D calientan un filamento (PLA, ABS, PET, etc.) para ablandarlo y hacerlo maleable y lo disponen en capas sucesivas en una bandeja. Cuando la pieza presenta áreas frágiles —por ejemplo, una bandeja sobre una base estrecha—, se necesitan áreas de soporte que se retirarán después de haber fabricado la pieza.
Impresoras destinadas sobre todo al mercado de consumo. Se puede utilizar esta tecnología para la creación de prototipos, por ejemplo, para la fabricación de piezas unitarias para el servicio postventa. Las piezas fabricadas pueden tener un buen nivel de precisión dependiendo de la impresora, pero para piezas complejas, se aconseja optar por la tecnología SLS.
Las impresoras 3D utilizan un rayo láser que solidifica un polvo —poliamida, cerámica o vidrio— capa por capa para producir piezas que pueden tener una alta calidad en los detalles. No se necesitan soportes para la fabricación de piezas complejas o con áreas frágiles ya que es el polvo el que las sostiene.
Las piezas presentan por lo general un aspecto arenoso cuando salen de la impresora y deben someterse a un proceso de pulido para conseguir un buen acabado. Las piezas fabricadas por SLS se caracterizan por sus buenas propiedades mecánicas.
Las impresoras 3D utilizan un rayo láser que solidifica un polvo —acero, acero inoxidable, cromo cobalto, aluminio, titanio, etc.— capa por capa para producir piezas con detalles de alta precisión.
Estas impresoras se utilizan cada vez más en industrias avanzadas como la aeronáutica, la automoción y la medicina. Representan una inversión inicial considerable, así como un elevado coste de mantenimiento, pero permiten producir piezas muy complejas, con características mecánicas comparables a las de las piezas obtenidas de forma tradicional —mecanizado o fundición—.
Fusión por haz de electrones (EMB)
Las impresoras 3D utilizan un haz de electrones que solidifica un polvo —acero, cromo cobalto, aluminio, titanio, etc.— capa por capa para producir piezas muy complejas que no podrían fabricarse de otro modo.
El proceso de fabricación se realiza al vacío, lo que evita la oxidación del polvo no solidificado. Esto significa que puede reutilizarse inmediatamente. Esta tecnología solo puede utilizarse con materiales conductores. Es más rápida aunque ligeramente menos precisa que la sinterización directa por láser de metal (DMLS).
Estas impresoras 3D utilizan un rayo ultravioleta para solidificar la resina.
Las piezas obtenidas son de muy alta precisión y tienen un muy buen acabado superficial. Esta técnica se aprecia particularmente por su rapidez tanto en la creación de prototipos como en la fabricación de moldes.
Estas impresoras combinan la emisión de luz ultravioleta con la proyección de microgotas de material fotopolímero —que se endurece bajo el efecto de la luz ultravioleta—.
Esta técnica permite combinar diferentes materiales con diferentes propiedades mecánicas en función de las necesidades —materiales rígidos y flexibles, por ejemplo—. Se utiliza tanto en la fabricación de juguetes como en la industria aeroespacial.
Pulverización de material (MJM)
Estas impresoras rocían material líquido, el cual se solidifica al enfriarse. Están equipadas con varios cabezales de impresión, uno de los cuales se utiliza para crear el soporte —de cera, por ejemplo— al mismo tiempo que la pieza.
Las piezas producidas son de alta precisión y pueden estar compuestas de varios materiales dependiendo del número de cabezales de impresión. Esta tecnología se utiliza en joyería para la fabricación de moldes. Las impresoras 3D utilizadas para la construcción o la ingeniería civil también funcionan mediante pulverización.
Pulverización de ligante —Binder Jetting—
Adhesión de polvo —Powder Binding—
Estas impresoras pulverizan un aglutinante, al que se le puede dar color, sobre un polvo aplicado capa por capa.
Esta técnica permite producir piezas de color muy complejas. Sin embargo, es necesario eliminar el exceso de polvo por soplado o aspiración.
¿Cuáles son las principales aplicaciones de las impresoras 3D?
Impresora 3D de la marca HP
Las primeras impresoras 3D se utilizaron en la industria para la creación de prototipos. Las industrias médica y dental se interesaron rápidamente por esta tecnología tanto para la bioimpresión —fabricación de estructuras celulares— como para la fabricación de prótesis.
Las industrias relacionadas con los transportes, entre ellas las industrias aeronáutica,aeroespacial,naval o automovilística, también están utilizando cada vez más la impresión en 3D para producir piezas más ligeras con características equivalentes o incluso mejoradas en comparación con las piezas fabricadas mediante procesos tradicionales.
Esta tecnología también se utiliza ampliamente en la arquitectura y la ingeniería civil, tanto para la fabricación de modelos como para la fabricación directa de edificios o estructuras —puentes, por ejemplo—.
¿Cuáles son las ventajas de la tecnología de impresión 3D?
La principal ventaja de la impresión en 3D es que permite trabajar directamente desde un archivo CAD —archivo 3D producido por una oficina de diseño, por ejemplo— utilizando una cantidad mínima de material, a diferencia de las máquinas herramienta tradicionales, que generan una gran cantidad de virutas que deberán reciclarse. Además, no se necesita lubricación durante la fabricación, lo que reduce en gran medida el riesgo de contaminación.
Otra ventaja de la impresión 3D es la posibilidad de crear piezas con formas muy complejas que serían difíciles de conseguir con los procesos tradicionales —mecanizado, forja o moldeo—. Además, las impresoras 3D permiten producir piezas cada vez más grandes. Inicialmente destinada a la creación de prototipos, la impresión en 3D permite ahora la personalización en masa al poder fabricar piezas con ligeras diferencias, así como la producción en pequeñas series a precios competitivos. Gracias a la impresión 3D de alta velocidad, los tiempos de producción son cada vez más cortos. Esto permite considerar la posibilidad de producir series medianas o grandes en un plazo más o menos corto.
El aspecto visual de las piezas es uno de los pocos problemas relacionados con algunos de los principios de impresión en 3D. Las piezas aparentes en el producto acabado deberán someterse a un proceso de pulido. En caso de estar ocultas —como en el caso de ruedas dentadas—, las no necesitarán un acabado perfecto y se podrán utilizar tal como están.
Ventajas de la impresión 3D
Reducción de los costes de producción.
Reducción del tiempo de fabricación.
Reducción del número de errores.
Producción según demanda.
¿Cuáles son las tendencias del mercado?
Impresora 3D de la marca Shining 3D
El mercado de la impresión 3D está en plena eclosión. Las primeras impresoras 3D se limitaban al uso de un solo material y fueron diseñadas para fabricar objetos de dimensiones muy reducidas. Las piezas que se obtenían no presentaban propiedades mecánicas interesantes. Hoy en día, se aprecia el surgimiento de impresoras de materiales múltiples e impresoras que pueden fabricar objetos muy grandes. En el campo de la medicina, es de esperar que estas máquinas creen pronto órganos destinados a trasplantes; en el campo de la industria o de la arquitectura, podrían crear también productos multimaterial completos directamente utilizables. Uno de los mercados más prometedores para la impresión en 3D es el mercado de la reparación. Los principales fabricantes de electrodomésticos ofrecen piezas de repuesto fabricadas con esta técnica.
También están surgiendo máquinas híbridas en las que se combinan cabezales de impresión 3D con máquinas CNC y que utilizan, por ejemplo, el proceso WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), es decir, un proceso de soldadura de depósito que permite producir, sobre todo, piezas de titanio.
El mercado de consumo está creciendo rápidamente y representa un nicho importante para los fabricantes. Es posible que a largo plazo compita con los Fab Labs, que ofrecen asesoramiento y servicios que complementan la disponibilidad de las impresoras 3D.
A nivel industrial, se puede asistir hoy a la aparición de impresoras que permiten trabajar con materiales altamente técnicos y capaces de producir piezas de grandes dimensiones. Los fabricantes ofrecen ya servicios de impresión en 3D además de las máquinas. Sus centros de impresión permiten utilizar diferentes técnicas de impresión y evitan tener que hacer frente a la inversión en máquinas.
¿A cuánto asciende el precio de una impresora 3D?
Para comparar los precios de las impresoras 3D, es necesario distinguir entre máquinas destinadas al mercado de consumo y máquinas industriales. Las impresoras 3D industriales y de consumo se diferencian unas de otras por su volumen de impresión, precisión, velocidad de impresión, nivel sonoro y materiales que pueden utilizar.
En el mercado de consumo se pueden encontrar impresoras FDM desde 300 € para imprimir volúmenes máximos de 200 x 200 x 200 mm con monofilamentos PLA y con una precisión de 100 micras.
En el mercado profesional, las impresoras FDM se pueden encontrar desde 4.000 € para imprimir con bilfiamentos PLA o ABS volúmenes máximos de 200 x 200 x 300 mm con una precisión de 50 micras.
Para las impresoras estereolitográficas, se deberá prever un presupuesto de entre 10.000 y 150.000 €.
El presupuesto para impresoras de piezas metálicas puede ascender a más de 100.000 euros.
Hola, muy interesante el articulo, especialmente la tabla con los materiales de impresion. Hoy en dia cada vez hay mas impresoras disponibles y es una realidad el uso domestico de estas impresoras 3d.
Incluso en impresoras las impresoras de resina son accesibles al usuarios amateur.
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Hola, muy interesante el articulo, especialmente la tabla con los materiales de impresion. Hoy en dia cada vez hay mas impresoras disponibles y es una realidad el uso domestico de estas impresoras 3d.
Incluso en impresoras las impresoras de resina son accesibles al usuarios amateur.
Un saludo!