Resinas avanzadas para impresión 3D

Una de las principales barreras que la impresión de resina 3D siempre ha tenido cuando se implementa a nivel industrial ha sido la limitada variedad de materiales disponibles. Originalmente los únicos materiales disponibles eran resinas a base de oligómeros de acrilato, generalmente de bajo peso molecular, que destacaban por sualta fragilidad y pobres propiedades mecánicas y térmicas. Por ello, la impresión 3D con 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 determinadas aplicaciones profesionales ha llamado la atención de muchos sectores sobre esta tecnología. Junto con la aparición de nuevas tecnologías de impresión 3D basadas en resina como LED-LCD , que han logrado reducir costes y aumentar significativamente la velocidad de impresión, esta es una alternativa viable , que incluso puede superar a FDM y SLS en algunas áreas de aplicación.

Estas resinas técnicas se pueden clasificar en tres grupos , dependiendo del campo en el que estén enfocados:

• Resinas para joyería
• Resinas Dentales
• Resinas de ingeniería

RESINAS PARA JOYERÍA

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

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

Aunque las resinas estándar son ampliamente utilizadas para la producción de modelos , lo que ha supuesto un antes y un después ha sido la aparición de las resinas colables de alta calidad. Estas resinas destacan por no dejar apenas residuos durante la calcinación, lo que las ha convertido en un sustituto perfecto de los modelos de cera utilizados originalmente en la fundición.

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

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

En general, este tipo de resinas pueden incluir en su composición un porcentaje de cera líquida destinada a eliminar eventuales residuos de cenizas, produciendo un molde limpio, apto para una fundición de calidad. Un mayor porcentaje de cera producirá una calcinación más limpia , y con menos residuos, sin embargo, puede afectar la precisión de impresión. Además, este tipo de resina suele caracterizarse por un coeficiente de dilatación muy bajo.

Actualmente existen en el mercado muchas opciones de resinas calcinables de alta calidad, compatibles tanto con SLA como con DLP o LED-LCD. Las resinas "Castable Wax" de Formlabs con un 20% de cera o ZWax Purple con un 10% de cera y compatibles con impresoras DLP y LED-LCD destacan por su combinación de bajo residuo, baja dilatación 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 ahora es el sector de más rápido crecimiento con la más amplia gama de materiales.

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

• Resinas para modelos dentales.
• Resinas para retenedores y férulas.
• Resinas para coronas y puentes provisionales
• Resinas combustibles

Resinas para modelos dentales

Son resinas queno están diseñadas para estar en contacto con el paciente. Por lo general, se utilizan para la producción de modelos de pacientes en los que el profesional médico o dental puede trabajar para planificar intervenciones o probar elementos como coronas o puentes. Son similares en composición a las resinas estándar y están destinados principalmente a tener una alta precisión y resolución, así como un bajo coste de producción.

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

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

• Resinas con acabado mate, que facilitan la visualización y fotografía de los modelos, evitando al máximo la aparición de reflejos. Entre este tipo de resinas destaca la resina Dental Model de Formlabs, con un acabado similar al yeso.
• Resinas que proporcionan una apariencia realista, como la resina Dental Pink de Harzlabs.

Resinas para retenedores y férulas

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

Otra característica común es que suelen ser muy transparentes, principalmente por motivos estéticos.

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

Además de la producción de retenedores y férulas, son ampliamente utilizados 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 Guía Quirúrgica Dental resina, que aporta mayor flexibilidad.

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

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

Resinas para coronas y puentes provisionales

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

Para dar este acabado en general se utilizan componentes cerámicos y tintes que aportan tonalidades dentro de la escala VITA.

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

Una vez impresas, estas resinaspueden pulirse y matizarse con carillas fotopolimerizables para obtener el acabado ideal para cada paciente.

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

Resinas Calcinables

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

Se utilizan principalmente en la producción de modelos para la fabricación de implantes dentales por fundición. Destaca la resina Dental Cast de Harzlabs, con un residuo inferior al 0,1 %.

RESINAS DE INGENIERÍA

El sector industrial y de ingeniería siempre ha sido el más reacio a implementar la impresión 3D en 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 utilizadas 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. Hay 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 ofrecer menor fragilidad y mayor módulo que las resinas estándar. Mientras que las resinas estándar como Harzlabs Basic Resin ofrecen una resistencia a la tracción de 20 MPa, las nuevas resinas de ingeniería como Ultracur3D RG50 de BASF proporcionan una resistencia a la tracción de hasta 68 MPa, tres veces mayor. Esta resistencia a la tracción es incluso mayor que la proporcionada por los filamentos de ABS y cercana a materiales como el 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:Comparación de la resistencia al impacto de varias resinas de Formlabs. Fuente:Formlabs.com

Entre las resinas de 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 la rotura del 56%, un módulo de flexión de 1700 MPa y una resistencia al impacto de 1,39 J/m2. Esto los 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:Comparación de la temperatura de deflexión térmica de varias resinas de Formlabs. Fuente:Formlabs.com

Actualmente, hay muy pocas resinas disponibles para aplicaciones de alta temperatura, siendo la resina para alta temperatura de Formlabs la más importante. Se trata de 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 calentarlos a 60 ºC durante una hora y luego a 160 ºC durante una hora y media.

Resinas flexibles y elásticas

Una de las principales desventajas de las resinas de impresión 3D siempre ha sido su alta fragilidad , una propiedad no deseada en ingeniería. Es por ello que la aparición en los últimos años de las resinas flexibles y elásticas ha supuesto toda una revolución.

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

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

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

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

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