Impresión 3D con procesamiento digital de luz (DLP):cómo funciona y por qué es importante

¿Cómo funciona la impresión 3D con proceso de luz digital?

El proceso de luz digital normalmente funciona bajando una plataforma de construcción a un tanque de resina transparente lleno de fotopolímero líquido. Luego, un proyector de alta resolución proyecta una luz ultravioleta sobre la plataforma de construcción con la misma forma que la sección transversal de la capa de la pieza. La proyección de la sección transversal se crea con una serie de espejos microscópicos llamados DMD que dirigen la luz sólo donde es necesario. La densidad de la matriz determina la resolución de impresión. Este estilo de impresora DLP construye el objeto al revés.

En casos más raros en los que la pieza se construye boca arriba, se aplica una fina capa de resina sobre la plataforma de construcción. Luego, el DMD puede dirigir la luz desde arriba para formar esa primera capa. 

El único fotopolímero que se cura es el que está iluminado y físicamente en contacto con una superficie sólida (la plataforma de construcción o una capa anterior). La mayoría de las impresoras DLP invertidas ejecutan una acción de pelado en el fondo del depósito después de cada capa para eliminar la resina que se curó en el fondo del tanque. Una vez que se completa una capa, la plataforma de construcción se mueve hacia arriba por el espesor de una capa y el proceso se repite hasta que se completa la pieza. En el caso de las impresoras DLP con el lado derecho hacia arriba, una vez completada una capa, la plataforma de construcción se moverá hacia abajo una capa y se unta otra capa de resina sobre la capa anterior.

Una pieza DLP terminada se construye efectivamente con miles de pequeños volúmenes cúbicos; la sección transversal del cubo es igual al tamaño del espejo proyectado y la altura del cubo es igual a la altura de la capa. Cada uno de estos volúmenes cúbicos se llama vóxel.

Tabla 1:Pros y contras de DLP

Ventajas Desventajas

Ventajas

Alta velocidad: Debido a que imprime una capa completa a la vez, la impresión 3D DLP es una de las tecnologías de impresión 3D más rápidas. Algunas impresoras tipo SLA pueden imprimir a velocidades comparables, pero DLP supera con creces la velocidad de otras tecnologías como FDM.

Contras

Materia prima cara: La resina de fotopolímero es un material especializado y, como tal, es significativamente más cara que otros materiales de impresión como el filamento de plástico.

Ventajas

Alto detalle: Las impresoras DLP pueden fabricar piezas con niveles muy altos de detalle. Cuanto mayor sea la resolución del dispositivo espejo digital, más detallada será la pieza

Contras

Partes quebradizas: La resina de fotopolímero rígido normalmente no tiene buenas propiedades mecánicas. Uno de los principales problemas es que las piezas DLP son muy frágiles y pueden agrietarse más fácilmente que otros materiales comunes como el ABS o el nailon. Las resinas DLP elastoméricas, más resistentes, son más caras que las rígidas.

Ventajas

Estampados tipo goma: DLP puede imprimir en materiales elastoméricos que tienen una dureza Shore A de alrededor de 90. Esto significa que se pueden imprimir piezas funcionales similares al caucho con gran detalle y estructuras reticulares internas complejas. 

Contras

Postprocesamiento desordenado: Las piezas DLP no están listas para su uso nada más sacarlas de la impresora. Primero deben limpiarse del exceso de resina con un solvente y luego curarse posteriormente bajo una luz ultravioleta para lograr su máxima resistencia.

¿Qué son los materiales de impresión DLP?

Sólo los materiales fotopolímeros funcionan en las impresoras DLP. Un fotopolímero está formado por monómeros, oligómeros y fotoiniciadores. Cuando se expone a la luz ultravioleta, el fotoiniciador se descompone en radicales libres reactivos que inician el proceso de polimerización. Luego, las nuevas cadenas de polímeros pueden entrecruzarse entre sí y, en última instancia, endurecerse para formar la pieza. La mayoría de los fotopolímeros están diseñados para exhibir propiedades similares a las de otros termoplásticos de ingeniería comunes. Sin embargo, rara vez pueden replicar todas esas propiedades mecánicas a la vez. Los usuarios deben elegir qué propiedad es más crítica. A continuación se enumeran algunas categorías comunes de materiales DLP:

1. Parecido al policarbonato: Excelente fuerza y resistencia térmica con una apariencia translúcida o transparente.
2. Parecido al ABS: Excelente tenacidad y rigidez, además de una contracción mínima
3. similar al polipropileno: Material duradero resistente a impactos. Se puede utilizar para uniones a presión y bisagras vivas. 
4. Foto elastómeros: Alto alargamiento a la rotura y excelente resistencia al impacto.
5. Rellenado: Estas resinas incluyen partículas de cerámica o vidrio suspendidas en el líquido. Presentan buena resistencia a la fluencia y altas temperaturas de deflexión por calor. 

¿Cuáles son las partes principales de una impresora 3D DLP?

Las impresoras DLP tienen muy pocas piezas móviles. Podría decirse que los componentes más críticos son su proyector y sus dispositivos de microespejos digitales. A continuación se enumeran todas las piezas básicas que componen una impresora DLP 3D. 

1. Pantalla de proyector de luz digital

El proyector de luz digital es la fuente de luz para el proceso de fotopolimerización. Esta fuente de luz puede ser una pantalla o una bombilla. La fuente de luz debe emitir luz ultravioleta, ya que esta longitud de onda tiene suficiente energía para iniciar el proceso de luz digital que polimeriza el fotopolímero. 

2. DMD (Dispositivo de microespejo digital)

Un dispositivo de microespejos digitales es esencialmente un chip con cientos de miles de espejos microscópicos. Cualquier espejo puede girar aplicando una diferencia de potencial eléctrico a través de él. De este modo, la luz se dirige a un disipador de calor o a la lente que la enfoca en la placa de construcción. Lo que atraviesa la lente polimerizará la resina que golpee. Cada espejo puede tener un tamaño tan pequeño como 10 micrones de ancho.

3. Cuba (tanque de resina)

El tanque de resina alberga el fotopolímero líquido. El fondo del tanque de resina es transparente para permitir el paso de la luz ultravioleta. Los tanques de resina DLP suelen ser bastante poco profundos en comparación con los tanques de impresora SLA. Una alternativa al uso de un tanque de resina es el proceso que unta resina sobre la placa de construcción una capa a la vez, muy parecido a la impresión 3D SLS. 

4. Placa de construcción

Una placa de base o placa de construcción es la superficie a la que se adhiere la impresión durante el proceso de iluminación digital. En la mayoría de las impresoras DLP, la plataforma de impresión está boca abajo y se moverá lentamente una capa hacia arriba a la vez a medida que se imprime la pieza.

5. Ascensor para la placa de construcción

La placa de construcción se mueve hacia arriba a lo largo del eje z mediante un actuador lineal. El tipo más común de actuador lineal para este propósito es un husillo de bolas. En lugar de las roscas tradicionales, un husillo de bolas tiene canales para pequeños rodamientos de bolas metálicos. Estas bolas de metal están alojadas en la tuerca de bolas para crear un movimiento suave y de baja fricción. Cuando el eje gira mediante un motor paso a paso, la tuerca de bolas se mueve hacia arriba o hacia abajo. Los husillos de bolas ofrecen un movimiento suave y preciso. 

¿Cuál es la mejor resina para impresión 3D DLP?

La mejor resina para impresión 3D depende de la aplicación. Sin embargo, las resinas similares al polipropileno suelen ofrecer la gama más amplia de usos. Estos materiales se pueden utilizar incluso para crear piezas con funciones de ajuste a presión y bisagras vivas. 

¿Cómo se utiliza la impresión 3D DLP en la industria médica?

La impresión 3D DLP se utiliza ampliamente en la industria médica, particularmente en odontología. Los modelos dentales precisos, los modelos anatómicos, las ayudas quirúrgicas y las prótesis personalizadas son excelentes opciones para esta tecnología de impresión.

¿Cómo se utiliza la impresión 3D DLP en la industria de la joyería?

Las impresoras DLP se utilizan para crear patrones de joyería con fines de moldeo. Las impresoras DLP pueden producir piezas con una calidad y resolución excepcionales, lo que las hace ideales para piezas de joyería complejas. Las joyas se diseñan en software CAD y se imprimen en 3D en una impresora DLP. Luego, la pieza se utiliza para crear un molde de yeso o silicona. Algunas resinas para la fabricación de moldes se descomponen completamente en un horno y no dejan residuos. Luego, el molde se llena con metal fundido, que adopta la forma de la pieza impresa en 3D. Esto permite a los joyeros crear diseños complejos con relativa facilidad y utilizar mucho menos metal en bruto en comparación con técnicas más manuales. 

¿Cómo se utiliza la impresión 3D DLP en la fabricación de entresuelas?

Los materiales similares al caucho se pueden imprimir mediante DLP en 3D con la forma de entresuelas de zapatos con estructuras reticulares internas complejas. Estas estructuras siguen siendo flexibles como los materiales tradicionales de la entresuela, pero limitan la masa general. DLP es muy adecuado para esto porque puede imprimir con gran precisión estructuras huecas complejas utilizando materiales elastoméricos.

Preguntas frecuentes sobre la impresión 3D DLP

¿Por qué el DLP es menos costoso que otros métodos de impresión 3D?

DLP no es el método de impresión 3D más barato, pero puede resultar más económico que muchos simplemente gracias a su precisión. Con DLP, se pueden imprimir estructuras reticulares complejas que imitan la resistencia de estructuras más gruesas sin utilizar tanto material. Sus impresiones requieren incluso menos materia prima que las impresoras SLA que utilizan el mismo tipo de resina. Además, las impresoras DLP funcionan muy rápidamente, lo que permite una mayor tasa de producción y reduce los costos generales de producción.

¿Las impresoras DLP son capaces de producir piezas masivas y detalladas?

No, DLP no es adecuado para crear piezas masivas y detalladas. Debido a los límites de resolución inherentes a la proyección de luz, DLP es una tecnología de pequeña escala que no se puede escalar para piezas muy grandes. Es por eso que se utiliza principalmente en la industria médica, de joyería y otras industrias de pequeña escala. Es mejor dejar las piezas masivas en manos de tecnologías como SLS (sinterización selectiva por láser). Las impresoras DLP tienen volúmenes de impresión relativamente pequeños y están aún más limitadas por la cantidad de resina que se puede guardar de forma segura en un tanque de resina.

¿Cuál es la diferencia entre DLP y SLA?

La principal diferencia entre DLP y SLA es el método de fotopolimerización; Las máquinas SLA trazan la sección transversal de la pieza con un láser UV. DLP proyecta una imagen transversal completa, polimerizando toda la capa a la vez. Como tal, DLP suele ser más rápido que SLA, ya que no es necesario esperar a que el láser atraviese toda la forma de la capa.

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Dean McClements

Dean McClements se graduó con honores en Ingeniería Mecánica y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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