Cómo elegir la mejor tecnología de impresión 3D: Comparativa FDM, SLA y SLS

La fabricación aditiva es el término que describe el conjunto de tecnologías de fabricación basadas en la aportación de material. Esto significa que, a diferencia de la fabricación sustractiva (que abarca los métodos tradicionales de mecanizado CNC), se basa en construir piezas aportando capa a capa la cantidad precisa de material de forma selectiva.

Sin embargo, dentro de esta categoría encontramos multitud de tecnologías muy dispares, cada una con sus ventajas e inconvenientes, por lo que conocer sus fundamentos y limitaciones es de gran importancia para seleccionar la más adecuada para cada necesidad.

Aunque existen muchas tecnologías y variantes, las tres más comunes y extendidas en la industria son:

• Deposición de material fundido (FDM)
• Fotopolimerización selectiva de resinas (SLA)
• Sinterizado selectivo por láser (SLS)

Si bien la más extendida es sin duda la tecnología FDM —principalmente por la aparición de impresoras 3D de bajo coste basadas en ella—, en los últimos años tanto la tecnología SLA como la SLS han ido ganando terreno. Empresas como Formlabs o Sinterit comercializan equipos, basados en SLA y SLS respectivamente, capaces de alcanzar calidades industriales a precios realmente competitivos. Esto, unido a la aparición de nuevos materiales, hace que actualmente sea difícil para una empresa o profesional decidirse por una tecnología u otra.

A continuación detallamos las principales características de cada una, así como sus diferencias, ventajas e inconvenientes.

Modelado por Deposición Fundida (FDM)

Es, con diferencia, la tecnología más popular. Se basa en extruir a través de una boquilla o nozzle un termoplástico por encima de su temperatura de fusión. A medida que el material extruido sale de la boquilla, se deposita selectivamente capa a capa para formar la pieza.

Imagen 1: Impresión FDM. Fuente: commons.wikimedia.com

A pesar de ser la más común, es la más compleja a la hora de diseñar y preparar archivos para imprimir. Las limitaciones de la impresión 3D FDM a menudo determinan el propio diseño, por lo que, en general, cuando se producen piezas con esta tecnología, es necesario diseñarlas o rediseñarlas para hacerlas compatibles. Esto puede ser un gran problema cuando el objetivo de la impresión 3D es validar modelos que luego se producirán con otros métodos de producción.

Entre todas las limitaciones, las más importantes son la necesidad de usar soportes y la imposibilidad de obtener isotropía mecánica.

Dado que el material fundido no puede depositarse en el aire, no es posible imprimir directamente puentes o voladizos, por lo que en estos casos es necesario añadir estructuras de soporte. Esto supone un mayor gasto de material y tiempo, además de que las piezas necesitarán postprocesado para retirar esos soportes y la calidad superficial en la zona de contacto se verá afectada.

Imagen 2: Piezas impresas con soportes. Fuente: Simplify3D

Una forma de minimizar algunos de los inconvenientes del uso de soportes es imprimirlos con un material soluble. Esto facilitará su retirada y mejorará la calidad superficial de la zona de contacto. Esto requiere que la impresora tenga un sistema de doble extrusor como el sistema IDEX de las impresoras BCN3D Sigma y BCN3D Sigmax o el doble extrusor Bondtech incorporado en las impresoras 3D Raise Pro2.

Video 1: Sistema IDEX BCN3D. Fuente: BCN3D

Por otro lado, como explicamos en un artículo anterior, usando FDM es imposible obtener piezas isotrópicas, lo que es un problema importante en ciertas aplicaciones mecánicas y estructurales.

Otras limitaciones importantes son la baja resolución y las altas tolerancias. Aunque usando boquillas de diámetro pequeño es posible alcanzar resoluciones en Z cercanas a las de SLA o SLS, la resolución en XY será siempre mucho menor y estará condicionada por el material usado. Esto es porque la resolución viene determinada por el diámetro de la boquilla utilizada y no todos los materiales son compatibles con boquillas de diámetro pequeño.

Sin embargo, no todo son desventajas. La tecnología FDM tiene, con diferencia, la gama más amplia de materiales y a menor coste, además de volúmenes de impresión mayores y, aunque la diferencia de precio entre las distintas tecnologías se ha acortado, sigue siendo la tecnología más barata.

Imagen 3: Pirámide de los principales materiales disponibles para impresión 3D FDM. Fuente: 3dhubs.com

Es también una tecnología limpia y segura que requiere poca preparación previa a la impresión. Esto permite ubicarla en cualquier entorno y ofrece más inmediatez que la impresión SLA y SLS, que requieren tareas de preparación y limpieza más extensas, lo que la convierte en la tecnología perfecta para aplicaciones educativas en cualquier nivel, desde primaria hasta estudios superiores.

Es una tecnología ideal para la impresión de utillajes y herramientas, piezas de gran volumen medio o para aquellas aplicaciones que requieren materiales específicos no disponibles para otras tecnologías.

Otro sector en el que la impresión 3D FDM ofrece grandes ventajas es la producción de maquetas arquitectónicas. En general, este tipo de proyectos se compone de piezas voluminosas que no requieren alta precisión. Esto, unido a la disponibilidad de materiales como Filamet, Timberfill, Smartfil EP o PLA Mukha capaces de aportar acabados metálicos, de madera o cerámicos a las piezas sin necesidad de postprocesado.

Imagen 4: Modelo arquitectónico impreso por FDM. Fuente: Raise3D

Estereolitografía (SLA)

Es la segunda tecnología de impresión 3D más común. Se basa en exponer selectivamente una cuba de resina fotocurable a luz ultravioleta capa a capa. Esta exposición selectiva puede ser mediante barrido láser (SLA), un proyector (DLP) o un LED enmascarado (LED-LCD / MSLA).

Imagen 5: Diferencias entre SLA, DLP y MSLA. Fuente: theorthocosmos.com

Al igual que la impresión 3D FDM, requiere soportes que deben retirarse tras la impresión; sin embargo, la impresión 3D SLA no permite actualmente la impresión simultánea con dos materiales, por lo que la única forma de retirar los soportes es mecánicamente. Esto significa que en este caso la superficie de la pieza también se ve afectada en aquellas zonas donde ha habido contacto con los soportes.

Imagen 6: Soportes de una pieza impresa por SLA. Fuente: 3Dhubs.com

Otra diferencia fundamental frente a la impresión 3D FDM es que utiliza polímeros termoendurecibles en lugar de termoplásticos. Además, los materiales SLA tienden a ser más caros que los de FDM y tienen cierta toxicidad. Esto, unido a que las piezas requieren tareas de limpieza y postprocesado, hace que esta tecnología sea menos recomendable para el sector educativo.

Sin embargo, su punto fuerte es la alta resolución y el excelente acabado superficial que se logra mediante la impresión 3D SLA. En general se pueden alcanzar resoluciones de hasta 50 µm en todos los planos.

A pesar de que existen impresoras SLA con grandes volúmenes de impresión comparables a los de las impresoras 3D FDM, en general las impresoras 3D SLA tienden a tener volúmenes de impresión considerablemente menores.

Es perfecta para imprimir piezas pequeñas que requieren alta resolución y excelentes acabados superficiales. Es actualmente la tecnología de impresión 3D más popular en las industrias dental y joyería. Por eso cuenta con el catálogo más amplio de resinas dentales y calcinables.

Imagen 7: Modelos dentales impresos por SLA. Fuente: Formlabs.

Sinterizado Selectivo por Láser (SLS)

Es probablemente la tecnología menos conocida, a pesar de ser una de las más antiguas y comunes en entornos industriales.

Esto se debe a que hasta hace poco todos los equipos de impresión 3D SLS solían requerir instalaciones adecuadas y el coste tanto de los equipos como de la implantación solía ser alto. Aunque en los últimos años esto ha cambiado gracias a la aparición de impresoras SLS en formato de sobremesa, como las impresoras Lisa y Lisa Pro, cuyos costes de adquisición e implantación se acercan a los de los sistemas FDM y SLA. Aunque esta tecnología permite la producción de piezas tanto de termoplásticos como de metales, como el objetivo de este artículo es entender las diferencias entre las tres tecnologías, nos centraremos solo en la impresión 3D SLS de termoplásticos.

La impresión 3D SLS consiste en sinterizar selectivamente, mediante un sistema de barrido láser, capas de material en polvo. Cada vez que se sinteriza una capa, la plataforma de construcción desciende y un dispositivo especial llamado recoater aplica una nueva capa de polvo.

Imagen 8: Esquema de una impresora SLS. Fuente: Sinterit.

La principal ventaja de esta tecnología es la posibilidad de imprimir sin soportes. Esto hace que las restricciones de diseño sean mucho menores que en cualquier otra tecnología, además de simplificar enormemente el postprocesado de las piezas.

Esto, unido a la alta precisión que alcanza el láser, superior a la que se obtiene con la impresión 3D SLA o FDM, permite imprimir ensamblajes complejos directamente, sin tener que imprimir sus componentes individualmente.

Video 2: Cambio de bicicleta producido directamente mediante impresión 3D SLS. Fuente: Sinterit.

Otra ventaja importante es que las piezas impresas por SLS son densas y tienen una alta isotropía, lo que la convierte en la tecnología ideal para la producción de modelos funcionales y prototipos. Todo esto, junto con el buen acabado superficial, la hace también adecuada para la producción de series cortas de productos finales.

Las impresoras 3D SLS no tienen una gama tan amplia de materiales compatibles como la impresión 3D FDM, sin embargo la posibilidad de usar materiales técnicos como diferentes tipos de nailon, o TPE y TPU, hace que pueda cubrir la mayoría de aplicaciones.

Video 3: Pieza impresa en TPU usando impresión 3D SLS. Fuente: Sinterit.

A pesar de todas las ventajas, el principal factor limitante de la impresión 3D SLS es el volumen de construcción. Aunque los equipos industriales tienen grandes volúmenes de construcción similares a los de los sistemas FDM, las impresoras 3D SLS de sobremesa tienen volúmenes de impresión similares a las impresoras SLA.

Además, aunque el postprocesado de las piezas se limita a la limpieza para eliminar el exceso de polvo sin sinterizar, las impresoras 3D SLS requieren preparación y limpieza que las hacen menos inmediatas que la impresión FDM.

Aunque todas estas características han hecho de esta tecnología el estándar industrial, sus altos costes han limitado su acceso a pequeñas y medianas empresas. Con la llegada de impresoras 3D SLS de sobremesa asequibles como Lisa y Lisa Pro en los últimos años, esto está cambiando. Aunque su coste sigue siendo ligeramente superior al de modelos equivalentes en FDM y SLA, actualmente el coste ya no es un factor determinante a la hora de elegir una tecnología u otra.

Imagen 9: Sinterit Lisa Pro. Fuente: Sinterit.

Comparativa entre FDM, SLA y SLS

Para comparar adecuadamente las tres tecnologías, debemos hacerlo en dos niveles: en cuanto a características y en cuanto a limitaciones de diseño y fabricación.

A continuación se comparan las principales características de cada tecnología:

Características
Característica	FDM	SLA	SLS
Principio de funcionamiento	Extrusión de material fundido	Fotopolimerización de resina	Micropartículas sinterizadas
Tipo de materiales compatibles	Termoplásticos	Resina fotocurable	Termoplásticos
Cantidad de materiales compatibles	Muy alta	Media	Baja
Precio de los materiales	Medio - Bajo	Alto	Medio
Complejidad	Alta	Media	Media
Inmediatez	Muy alta	Media	Baja
Resolución mínima de capa	0.1 mm	0.05 mm	0.06 mm
Resolución máxima en XY	0.25 mm	0.05 mm	0.08 - 0.08 mm
Precisión	Baja	Media	Alta
Aplicaciones	Prototipado rápido. Educación. Fabricación de utillajes y herramientas.	Modelos con pequeños detalles. Negativos calcinables para joyería y odontología. Férulas.	Prototipos funcionales. Series cortas. Utillajes y herramientas. Componentes ortopédicos. Modelos médicos
Ventaja	Bajo precio. Inmediatez. Materiales disponibles.	Alta resolución. Materiales dentales y calcinables de calidad.	Impresión sin soportes. Piezas de alta calidad. Impresión directa de ensamblajes. Alta precisión.
Desventajas	Necesidad de usar soportes. Algunos materiales tienen alta contracción.	Alto coste de materiales. Bajo volumen de impresión.	Largos tiempos de impresión. Bajo volumen de impresión.

La siguiente tabla muestra las limitaciones de diseño de cada tecnología:

Requisitos de diseño
Característica	FDM	SLA	SLS
Voladizos	Requiere soportes desde 45º	Siempre necesitan soportes	Nunca necesitan soportes
Puentes	Requiere soportes desde 10 mm	No necesita soportes, aunque se recomiendan	Nunca necesitan soportes
Espesor mínimo de pared	0.8 mm	0.5 mm en paredes con soporte 1 mm en paredes sin soporte	0.7 mm
Grabados	0.6 mm ancho 2 mm alto	0.4 mm	1 mm
Diámetro mínimo de agujeros	2 mm	0.5 mm	1.5 mm
Tolerancia en piezas móviles y uniones	0.5 mm	0.5 mm	0.3 mm en piezas móviles 0.1 mm en uniones
Orificios de escape en piezas huecas	No necesita	4 mm	5 mm
Tamaño mínimo de detalle	2 mm	0.2 mm	0.8 mm
Diámetro mínimo de columnas	3 mm	0.5 mm	0.8 mm
Tolerancias generales	±0.5% (límite inferior ± 0.5 mm)	±0.5% (límite inferior ± 0.15 mm)	±0.3% (límite inferior ± 0.3 mm)

Hoy en día, hay equipos basados en estas tres tecnologías disponibles en el mercado en un rango de precios similar, como las impresoras de los fabricantes Raise3D, Formlabs o Sinterit. Gracias a esto, el único criterio a la hora de decidirse por implementar una tecnología u otra serán criterios técnicos.

Es necesario valorar bien las necesidades y el uso que se dará a la impresora 3D para decidir qué tecnología es la más adecuada y poder rentabilizar la inversión.