Explorando Tecnologías de Impresión 3D: SLA, SLS, FDM, DLP, MJF, PolyJet, DMLS y Más

El término impresión 3D abarca varias tecnologías de fabricación que construyen piezas capa por capa. Cada una varía en la forma en que forman piezas de plástico y metal y pueden diferir en selección de materiales, acabado superficial, durabilidad, y velocidad y coste de fabricación.

Hay varios tipos de impresión 3D, que incluyen:

• Estereolitografía (SLA)
• Sinterizado Selectivo por Láser (SLS)
• Modelado por Deposición Fundida (FDM)
• Procesamiento Digital de Luz (DLP)
• Fusión Multi-Jet (MJF)
• PolyJet
• Sinterizado Directo de Metal por Láser (DMLS)
• Fusión por Haz de Electrones (EBM)

Seleccionar el proceso de impresión 3D adecuado para su aplicación requiere comprender las fortalezas y debilidades de cada proceso y mapear esos atributos a sus necesidades de desarrollo de producto. Primero hablemos de cómo la impresión 3D encaja en el ciclo de desarrollo de producto y luego veamos los tipos comunes de tecnologías de impresión 3D y las ventajas de cada una.

Impresión 3D para Prototipado Rápido y Más Allá

Es seguro decir que la impresión 3D se usa más a menudo para prototipado. Su capacidad para fabricar rápidamente una sola pieza permite a los desarrolladores de productos validar e compartir ideas de manera rentable. Determinar el propósito de su prototipo informará qué tecnología de impresión 3D será más beneficiosa. La fabricación aditiva puede ser adecuada para una gama de prototipos que van desde modelos físicos simples hasta piezas usadas para pruebas funcionales.

La tecnología SLA forma piezas de plástico curando una resina termoestable líquida con un láser UV. A medida que se construyen las piezas, requieren estructuras de soporte que se eliminan una vez completa la construcción.

A pesar de que la impresión 3D es casi sinónimo de prototipado rápido, hay escenarios en los que es un proceso de producción viable. Típicamente, estas aplicaciones involucran bajos volúmenes y geometrías complejas. A menudo, componentes para aplicaciones aeroespaciales y médicas son candidatos ideales para producción por impresión 3D, ya que frecuentemente coinciden con los criterios descritos anteriormente.

Cinco Consideraciones para la Impresión 3D

Como la mayoría de las cosas en la vida, rara vez hay una respuesta simple al seleccionar un proceso de impresión 3D. Cuando ayudamos a clientes a evaluar sus opciones de impresión 3D, típicamente señalamos cinco criterios clave para determinar qué tecnología satisfará sus necesidades:

1. Presupuesto
2. Requisitos mecánicos
3. Apariencia cosmética
4. Selección de material
5. Geometría

Una vez completa una construcción SLS, el técnico retira la pieza de la cama de polvo, cepilla el exceso de material y luego granalla la pieza.

Procesos de Impresión 3D de Polímeros

Describamos algunos procesos comunes de impresión 3D de plástico y discutamos cuándo cada uno proporciona más valor a desarrolladores de productos, ingenieros y diseñadores.

Estereolitografía (SLA)

La estereolitografía (SLA) es el proceso original de impresión 3D industrial. Las impresoras SLA destacan en producir piezas con altos niveles de detalle, acabados superficiales suaves y tolerancias ajustadas. Los acabados superficiales de calidad en piezas SLA no solo se ven bien, sino que pueden ayudar en la función de la pieza —por ejemplo, probando el ajuste de un ensamblaje. Se usa ampliamente en la industria médica y las aplicaciones comunes incluyen modelos anatómicos y microfluídica. Usamos impresoras 3D Vipers, ProJets e iPros fabricadas por 3D Systems para piezas SLA.

Sinterizado Selectivo por Láser (SLS)

El sinterizado selectivo por láser (SLS) funde polvos a base de nailon en plástico sólido. Dado que las piezas SLS están hechas de material termoplástico real, son duraderas, adecuadas para pruebas funcionales y pueden soportar bisagras vivas y encajes a presión. En comparación con SL, las piezas son más fuertes, pero tienen acabados superficiales más rugosos. SLS no requiere estructuras de soporte, por lo que toda la plataforma de construcción puede utilizarse para anidar múltiples piezas en una sola construcción —lo que lo hace adecuado para cantidades de piezas mayores que otros procesos de impresión 3D. Muchas piezas SLS se usan para prototipar diseños que algún día serán moldeados por inyección. Para nuestras impresoras SLS, usamos máquinas sPro140 desarrolladas por 3D Systems.

PolyJet

PolyJet es otro proceso de impresión 3D de plástico, pero con un giro. Puede fabricar piezas con múltiples propiedades como colores y materiales. Los diseñadores pueden aprovechar la tecnología para prototipar piezas elastoméricas o sobremoldeadas. Si su diseño es un solo plástico rígido, recomendamos ceñirse a SL o SLS —es más económico. Pero si está prototipando un diseño de sobremoldeo o caucho de silicona, PolyJet puede ahorrarle la necesidad de invertir en utillaje temprano en el ciclo de desarrollo. Esto puede ayudarle a iterar y validar su diseño más rápido y ahorrar dinero.

Procesamiento Digital de Luz (DLP)

El procesamiento digital de luz es similar a SLA en que cura resina líquida usando luz. La diferencia principal entre las dos tecnologías es que DLP usa una pantalla de proyector de luz digital mientras que SLA usa un láser UV. Esto significa que las impresoras 3D DLP pueden imaginar una capa completa de la construcción de una vez, resultando en velocidades de construcción más rápidas. Si bien se usa frecuentemente para prototipado rápido, el mayor rendimiento de la impresión DLP la hace adecuada para tiradas de producción de bajo volumen de piezas de plástico.

Protolabs usa máquinas Concept Laser Mlab y M2 para piezas de metal impresas en 3D.

Fusión Multi-Jet (MJF)

Similar a SLS, Multi Jet Fusion también construye piezas funcionales a partir de polvo de nailon. En lugar de usar un láser para sinterizar el polvo, MJF usa un array de inyección de tinta para aplicar agentes de fusión a la cama de polvo de nailon. Luego, un elemento calefactor pasa sobre la cama para fusionar cada capa. Esto resulta en propiedades mecánicas más consistentes en comparación con SLS, así como un acabado superficial mejorado. Otro beneficio del proceso MJF es el tiempo de construcción acelerado, lo que conduce a menores costes de producción.

Modelado por Deposición Fundida (FDM)

El modelado por deposición fundida (FDM) es una tecnología común de impresión 3D de escritorio para piezas de plástico. Una impresora FDM funciona extruyendo un filamento de plástico capa por capa sobre la plataforma de construcción. Es un método rentable y rápido para producir modelos físicos. Hay algunas instancias en las que FDM puede usarse para pruebas funcionales, pero la tecnología es limitada debido a que las piezas tienen acabados superficiales relativamente rugosos y carecen de resistencia.

Procesos de Impresión 3D de Metal

Sinterizado Directo de Metal por Láser (DMLS)

La impresión 3D de metal abre nuevas posibilidades para el diseño de piezas de metal. El proceso que usamos en Protolabs para imprimir piezas de metal en 3D es el sinterizado directo de metal por láser (DMLS). A menudo se usa para reducir ensamblajes de metal de múltiples piezas a un solo componente o aligerar piezas con canales internos o características ahuecadas. DMLS es viable tanto para prototipado como para producción, ya que las piezas son tan densas como las producidas con métodos tradicionales de fabricación de metal como mecanizado o fundición. Crear componentes de metal con geometrías complejas también lo hace adecuado para aplicaciones médicas donde un diseño de pieza debe imitar una estructura orgánica.

Fusión por Haz de Electrones (EBM)

La fusión por haz de electrones es otra tecnología de impresión 3D de metal que usa un haz de electrones controlado por bobinas electromagnéticas para fundir el polvo de metal. La cama de impresión se calienta y está en condiciones de vacío durante la construcción. La temperatura a la que se calienta el material está determinada por el material en uso.

Cuándo Usar Impresión 3D

Como se mencionó anteriormente, hay un par de denominadores comunes entre las aplicaciones de impresión 3D. Si las cantidades de sus piezas son relativamente bajas, la impresión 3D puede ser óptima —la guía que damos a nuestros clientes de servicio de impresión 3D es usualmente de 1 a 50 piezas. A medida que los volúmenes se acercan a las centenas, vale la pena explorar otros procesos de fabricación. Si su diseño presenta geometría compleja que es crítica para la función de su pieza, como un componente de aluminio con un canal de refrigeración interno, la impresión 3D podría ser su única opción.

Seleccionar el proceso correcto se reduce a alinear las ventajas y limitaciones de cada tecnología con los requisitos más importantes de su aplicación. En las etapas iniciales cuando se lanzan ideas y todo lo que necesita es un modelo para compartir con un colega, esos acabados escalonados en su pieza no son de mucha preocupación. Pero una vez que llega al punto donde necesita realizar pruebas de usuario, factores como la cosmética y la durabilidad empiezan a importar. Aunque no hay una solución única para todos, utilizar adecuadamente la tecnología de impresión 3D a lo largo del desarrollo de producto reducirá el riesgo de diseño y, en última instancia, resultará en mejores productos.