Revolucionando la impresión 3D con tecnologías avanzadas de resina

Una de las principales barreras que la impresión 3D de resina siempre ha tenido al implementarse a nivel industrial ha sido la limitada variedad de materiales disponibles. Originalmente, los únicos materiales disponibles eran resinas basadas en oligómeros de acrilato, generalmente de bajo peso molecular, que destacaban por su alta fragilidad y pobres propiedades mecánicas y térmicas. Por esto, la impresión 3D de resina siempre ha quedado relegada a un segundo plano en la producción de componentes funcionales y prototipos, en favor de tecnologías de impresión 3D basadas en termoplásticos como FDM o SLS.

Sin embargo, en los últimos años esto ha cambiado drásticamente. La aparición de nuevas resinas técnicas con propiedades avanzadas y desarrolladas específicamente para ciertas aplicaciones profesionales ha puesto esta tecnología en el punto de mira de muchos sectores. Unido a la aparición de nuevas tecnologías de impresión 3D basadas en resina como LED-LCD, que han conseguido reducir costes y aumentar significativamente la velocidad de impresión, esto es una alternativa viable, que incluso puede superar a FDM y SLS en algunos ámbitos de aplicación.

Estas resinas técnicas se pueden clasificar en tres grupos, según el campo al que van dirigidas:

• Resinas para joyería
• Resinas dentales
• Resinas de ingeniería

RESINAS PARA JOYERÍA

La industria joyera ha sido históricamente la primera en implementar la impresión 3D de resina. Esto se debe a la alta resolución que ofrece esta tecnología, capaz de producir modelos a escala 1:1 con acabados de alta calidad.

Imagen 1: Modelo de joyería impreso en resina. Fuente: uniz.com

Aunque las resinas estándar son ampliamente usadas para la producción de modelos, lo que ha supuesto un antes y un después ha sido la aparición de resinas calcinables de alta calidad. Estas resinas destacan por dejar apenas residuos durante la calcinación, lo que las ha convertido en un sustituto perfecto de los modelos de cera usados originalmente en fundición.

Gracias a esto es posible imprimir el árbol de fundición directamente, sin necesidad de hacer moldes para producir los maestros de cera o ensamblar manualmente los árboles, lo que reduce las fases manuales y automatiza el proceso.

Video 1: Preparación tradicional de un árbol de cera. Fuente: greekerajewelry.com

En general, este tipo de resina puede incluir un porcentaje de cera líquida en su composición destinado a eliminar cualquier residuo de cenizas, produciendo un molde limpio, apto para fundición de calidad. Un mayor porcentaje de cera producirá una calcinación más limpia y con menos residuos, sin embargo, puede afectar a la precisión de impresión. Además, este tipo de resina se suele caracterizar por un coeficiente de expansión térmica muy bajo.

Actualmente hay muchas opciones en el mercado de resinas calcinables de alta calidad compatibles tanto con SLA como con DLP o LED-LCD. Destacan las resinas "Castable Wax" de Formlabs con 20% de cera o ZWax Purple con 10% de cera y compatible con impresoras DLP y LED-LCD por su combinación de bajo residuo, baja expansión térmica y alta precisión.

Imagen 2: Anillo impreso con zWax Purple. Fuente: Uniz.com

RESINAS DENTALES

Junto con la joyería, el sector dental fue uno de los primeros en adoptar la impresión 3D de resina, y es ahora el sector de más rápido crecimiento y con la gama más amplia de materiales.

Las resinas dentales se pueden agrupar generalmente en cuatro categorías según su aplicación:

• Resinas para modelos dentales.
• Resinas para retenedores y férulas.
• Resinas para coronas y puentes temporales.
• Resinas calcinables.

Resinas para modelos dentales

Son resinas que no están diseñadas para estar en contacto con el paciente. Generalmente se usan para la producción de modelos de paciente sobre los que el profesional dental o médico puede trabajar para planificar intervenciones o probar elementos como coronas o puentes. Son similares en composición a las resinas estándar y están destinadas principalmente a tener alta precisión y resolución, así como un bajo coste de producción.

Imagen 3: Modelo 3D impreso con resina. Fuente: Uniz.com

También es importante en estas resinas que tengan ciertas cualidades estéticas, distinguiendo dos grupos:

• Resinas con acabado mate, que facilitan la visualización y fotografía de los modelos, evitando en lo posible la aparición de reflejos. Entre este tipo de resina destaca la Dental Model de Formlabs, con un acabado similar al yeso.
• Resinas que aportan un aspecto realista, como la Dental Pink de Harzlabs.

Resinas para retenedores y férulas

Estas resinas están destinadas a la fabricación de retenedores y férulas, por lo que, además de tener una biocompatibilidad de al menos clase IIa, deben tener una excelente resistencia al desgaste y a la fractura.

Otra característica común es que suelen ser altamente transparentes, principalmente por razones estéticas.

Video 2: Fabricación de férulas usando impresión 3D de resina. Fuente: Formlabs.com

Además de la producción de retenedores y férulas, se usan ampliamente en la fabricación de guías quirúrgicas debido a su buena compatibilidad y excelentes propiedades mecánicas. Algunos fabricantes como Formlabs incluyen una resina específica para esta aplicación como la resina Dental Surgical Guide, que aporta mayor flexibilidad.

Imagen 4: Guías quirúrgicas impresas usando SLA. Fuente: Formlabs.com

Es posible encontrar resinas desarrolladas para la producción de férulas y retenedores compatibles tanto con SLA como la Formlabs Dental LT, como con DLP y LED-LCD como la Dental Clear de Harzlabs.

Resinas para coronas y puentes temporales

Son resinas usadas para producir puentes, coronas, restauraciones y carillas temporales. Deben ser biocompatibles y proporcionar un acabado similar al de los dientes originales.

Para proporcionar este acabado, en general se usan componentes cerámicos y tintes que aportan tonos dentro de la escala VITA.

Imagen 5: Carta de colores VITA. Fuente: vita-zahnfabrik

Una vez impresas, estas resinas pueden pulirse y teñirse con carillas fotocurables para obtener el acabado ideal para cada paciente.

La resina Temporary CB de Formlabs está disponible en cuatro tonos VITA (A2, A3, B1 y C2) y la resina Dental Sand de Harzlabs está disponible en tonos A1 y A2.

Resinas calcinables

Resinas similares a las usadas en joyería. En este caso, la necesidad de producir la menor cantidad posible de residuos es aún más crítica.

Se usan principalmente en la producción de modelos para la fabricación de implantes dentales por fundición. Destaca la resina Harzlabs Dental Cast, con un residuo inferior al 0.1%.

RESINAS DE INGENIERÍA

El sector industrial y de ingeniería ha sido siempre el más reacio a implementar la impresión 3D de resina. Esto se debe principalmente a que, a nivel mecánico y térmico, las resinas no pueden competir con los materiales de ingeniería disponibles para FDM o las poliamidas usadas en SLS.

Aunque esto sigue siendo cierto hoy en día, en los últimos años los avances en materiales y la aparición de nuevas resinas de ingeniería están cerrando la brecha entre las diferentes tecnologías de impresión 3D. Existen tres grupos de resinas de ingeniería:

• Resinas con propiedades mecánicas mejoradas
• Resinas con propiedades térmicas mejoradas
• Resinas flexibles y elásticas

Resinas con propiedades mecánicas mejoradas

Son resinas desarrolladas con el objetivo de proporcionar menor fragilidad y mayor módulo que las resinas estándar. Mientras que resinas estándar como la Harzlabs Basic Resin ofrecen una resistencia a la tracción de 20 MPa, las nuevas resinas de ingeniería como la Ultracur3D RG50 de BASF proporcionan una resistencia a la tracción de hasta 68 MPa, tres veces superior. Esta resistencia a la tracción es incluso superior a la que ofrecen filamentos de ABS y cercana a materiales como nailon reforzado con carga.

También han aparecido resinas de ingeniería con otras propiedades específicas, como alta resistencia al desgaste o resinas resistentes al impacto.

Imagen 6: Comparativa de resistencia al impacto de varias resinas Formlabs. Fuente: Formlabs.com

Entre las resinas con alta resistencia al impacto, destaca la línea Ultracur3D High Impact de BASF. Estas resinas proporcionan una resistencia a la tracción de 50 MPa con una deformación a rotura del 56%, un módulo de flexión de 1700 MPa y una resistencia al impacto de 1.39 J/m². Esto las hace ideales para la producción de componentes mecánicos y prototipos funcionales.

Imagen 7: Resina BASF Ultracur3D RG35. Fuente: forward-am.com

Resinas con propiedades térmicas mejoradas

La resistencia térmica siempre ha sido uno de los puntos débiles de las resinas de impresión 3D. En general, todas las resinas tienen temperaturas de reblandecimiento entre 50°C y 80°C.

Imagen 8: Comparativa de temperatura de deflexión por calor de varias resinas Formlabs. Fuente: Formlabs.com

Actualmente, hay muy pocas resinas disponibles para aplicaciones de alta temperatura, siendo la resina High Temp de Formlabs la más importante. Es una resina capaz de soportar temperaturas de hasta 142 ºC una vez curada (bajo una carga de 0.45 MPa). La principal ventaja de esta resina es que es posible aumentar su resistencia térmica hasta 238 ºC aplicando un tratamiento térmico a las piezas consistente en calentarlas a 60 ºC durante una hora y luego a 160 ºC durante hora y media.

Resinas flexibles y elásticas

Uno de los principales hándicaps de las resinas de impresión 3D siempre ha sido su alta fragilidad, una propiedad no deseada en ingeniería. Por eso la aparición en los últimos años de resinas flexibles y elásticas ha sido una revolución.

Imagen 9: Comparativa de resina Flexible 80A y Elastic 50A. Fuente: FormLabs.

Hoy hay múltiples opciones tanto para SLA como para LED-LCD. En SLA, destacan las resinas flexible 80A y elastic 50A. Flexible 80A es una resina altamente flexible con 120% de deformación a rotura y dureza 80 Shore A, mientras que Elastic 50A es una resina con buena elasticidad, 160% de deformación a rotura y 50 Shore A de dureza.

Sin embargo, uno de los avances más importantes en este tipo de material es la nueva línea de resinas flexibles y elásticas de BASF. Son resinas basadas en oligómeros de uretano acrilato, y ofrecen la mayor flexibilidad y elasticidad entre las resinas disponibles hoy. BASF Ultracur3D FL300, por ejemplo, con una dureza de solo 37 Shore A, proporciona deformación a rotura de hasta 306%.

Imagen 10: Resina BASF Ultracur3D FL60. Fuente: forward-am.com

En los últimos años, la gama de materiales para impresión 3D de resina ha crecido exponencialmente, incluyendo nuevos materiales con propiedades que igualan e incluso en algunos casos superan a las que proporcionan los termoplásticos para FDM. Esto, unido a que la impresión 3D de resina proporciona una isotropía superior a la obtenida por FDM, la convierte en una opción viable en muchas aplicaciones industriales y de ingeniería.