La impresión 3D avanza cada día más y ya no podemos hablar de un único sistema para llevar a cabo esta tarea, sino de varios. Los más populares son la impresión por filamento y resina. Dos procesos que, aunque parecen similares, son muy distintos. No solo por el tiempo de impresión sino también por la forma en que el material es modelado en la impresora.
Para sumar más sistemas, también ha aparecido la impresión volumétrica en 3D. Esta permitiría reducir los tiempos de impresión gracias a un proceso en donde es posible modelar la figura desde varios ángulos y de manera simultánea. Algo completamente distinto al lento modelado por capas.
En el siguiente artículo hacemos una completa revisión de los sistemas de impresión 3D. Además, te contamos las últimas novedades sobre la impresión volumétrica 3D.
¿Qué es la impresión 3D y para qué sirve?
La impresión 3D es un sistema que permite construir piezas tridimensionales a partir de un modelo inicial habitualmente configurado en un ordenador.
Para llevar a cabo el proceso es necesario usar impresoras 3D. Máquinas especiales y configuradas para poder trabajar con distintos materiales. En este caso, el concepto general es el mismo de una impresora común. Reproducir en un material sólido algo que tenemos en un archivo o programa.
Aunque la gran diferencia de las impresoras 3D es que no utilizan tinta, sino materiales como resina o plástico. Esto, para construir capa por capa o de forma simultánea la pieza final que queremos imprimir. Tal cual como lo haría un escultor en su taller.
¿Qué cosas se pueden imprimir en 3D?
Básicamente, cualquier objeto que soporte el tamaño de la impresora. Y hay tantos tamaños de impresora como piezas para imprimir. Por lo que podemos encontrar máquinas especializadas en la reproducción de piezas pequeñas y de colección, hasta enormes impresoras que pueden imprimir casas a tamaño real.
De todas maneras, las impresoras más conocidas y usadas son las que podemos instalar en casa y que nos permiten crear todo tipo de piezas y ensamblajes. Son estas, también, las empleadas para fabricar partes mecánicas o incluso juguetes. Aunque también permiten la impresión de instrumentos médicos y prótesis variadas.
Tipos de impresión en 3D
Actualmente, existen varios sistemas de impresión en 3D. Los más conocidos son:
Impresión 3D por inyección
Funciona prácticamente igual que el sistema de una impresora tradicional, pero en vez de inyectar tinta, lo que se aplica es un fotopolímero. Una sustancia sintética que puede modificar su aspecto en función de la luz que se aplique sobre ella. Específicamente, la luz ultravioleta.
El fotopolímero se aplica capa por capa en una bandeja principal en donde se lleva a cabo el proceso completo.
Impresión por deposición de material fundido
Es uno de los sistemas más populares y que se puede ver en la mayoría de impresoras 3D caseras. Consiste en un brazo o estructura que expulsa polímero fundido y que va añadiendo el material capa por capa, siguiendo un patrón programado.
En este caso, la impresión comienza por abajo y va ganando altura a medida que la impresora va añadiendo más y más capas del material elegido. Lo habitual es usar filamento PLA o ABS, dos tipos de plástico con propiedades específicas. Uno destaca por ser biodegradable y el otro por ser extremadamente resistente.
Impresión de sinterización selectiva láser
Existe hace ya varias décadas y consiste en un tipo de impresión en donde tenemos un láser que actúa sobre materiales en polvo.
Cuando la luz del láser impacta en el polvo lo endurece y así va modelando la pieza que queremos construir. Para que esto sea posible, debemos utilizar impresoras 3D especiales para este tipo de procedimiento. También es importante contar con un patrón de la figura que luego se cargará en la impresora.
Una vez finalizado el proceso, tenemos que retirar el polvo sobrante para exponer aquellas partes que se han endurecido. La pieza obtenida es el resultado final de la impresión.
Impresión 3D por estereolitografía
Una de las más famosas junto con la de deposición de material fundido. Consiste en el uso de una resina líquida que se va moldeando con ayuda de luz ultravioleta que tiene la capacidad de modificar y solidificar la resina.
Este tipo de impresión requiere una bandeja rellena con resina líquida desde donde va emergiendo la estructura que se moldea con ayuda de la luz ultravioleta. La pieza se monta boca abajo, a la inversa del sistema de deposición por material fundido.
El problema de la impresión 3D
El gran problema que tiene la impresión 3D es que, dependiendo de la tecnología que usemos, puede ser muy lenta.
Una pieza de tamaño mediano podría demorar hasta 2 horas en imprimirse. Un tiempo que se extiende si el diseño de lo que deseamos reproducir es más complejo y tiene más detalles.
También influye la altura de la estructura que deseamos obtener y si tiene huecos o necesita relleno. Mientras más grande sea lo que queremos imprimir, más horas y material necesitaremos para completar la tarea.
Además, dependiendo del tipo de impresión 3D que utilicemos, podemos obtener más o menos detalles.
Por ejemplo, en los tipos de impresión por deposición de material fundido el nivel de detalles no suele ser extremadamente bueno. Tampoco los acabados son perfectos. Lo que implica aplicar procesos adicionales para limpiar y curar el diseño final.
Por otro lado, los diseños en donde se emplea resina líquida suelen ser mucho más eficientes, aunque a veces podemos perder cierta cantidad de material en el proceso.
Por lo mismo y considerando que la técnica de impresión 3D aún se puede pulir más, han aparecido alternativas. Sistemas nuevos que pretenden acortar la brecha de tiempo y la sostenibilidad en los procesos.
Impresión volumétrica 3D al rescate
Es un tipo de impresión que permite proyectar un objeto desde distintos ángulos y trabajar con ellos de forma simultánea. Dicho en palabras sencillas, imprimir algo desde varios puntos sin necesidad de depender del clásico sistema capa por capa.
Obviamente, si tenemos la posibilidad de imprimir un objeto desde distintos ángulos, la reducción de tiempo puede ser impactante.
En este caso, la premisa de la impresión volumétrica 3D es utilizar un material que se introduzca en bloque en la impresora para luego enviar rayos de luz para modelar en él la figura o artefacto que queremos imprimir.
Un sistema que, por cierto, recuerda en algún grado al sistema de impresión de sinterización selectiva láser. En donde hay un material blando que se vuelve sólido aplicando una fuente de luz.
La diferencia en que en este último sistema se usan materiales en polvo, mientras que en la impresión volumétrica 3D se emplea fotopolímero líquido.
El replicador de Star Trek
A principios del 2019 apareció la noticia de que unos expertos de la Universidad de Berkeley habían fabricado una impresora que podía imprimir de forma simultánea un objeto. Esto, utilizando como materia prima un líquido viscoso que reacciona y modifica su estado dependiendo de la luz que recibe.
La impresora recibió el apodo Replicador, haciendo alusión a una máquina que aparece en la serie Star Trek. Un artefacto capaz de reproducir cualquier forma física imaginable.
Para que esta impresora pueda conocer al detalle la forma del objeto que va a imprimir, se utiliza un sistema inspirado en las tomografías computarizadas. De esta forma, es posible captar y proyectar una imagen tridimensional que luego será la que dará forma al líquido viscoso que se endurecerá en los lugares precisos para completar el proceso.
El líquido sobrante se puede reutilizar sin problema, lo que resuelve una de las problemáticas de la impresión 3D. Por un lado, ofrece un sistema sostenible y por otro reduce enormemente los tiempos de impresión.
Los desafíos de la impresión volumétrica 3D
Aunque la idea de la impresión volumétrica 3D es revolucionaria, aún se encuentra en proceso de desarrollo. Una prueba de ello son los avances que gradualmente se van publicando.
Uno de los últimos informes fue publicado en la prestigiosa revista Nature. En ella, un grupo de especialistas en donde se cuenta Yi Yang, profesor asistente de la Universidad Técnica de Dinamarca, demuestra cómo es posible dar forma sólida a una resina fotosensible. Además, explican cómo es posible elegir la suavidad del objeto en función de la longitud de onda emitida por las fuentes de luz.
El sistema creado por los expertos recibe el nombre de Fotopolimerización de Cuba Tomográfica. Los detalles del informe se pueden leer en la página oficial de Nature.
El método de impresión basado en un cilindro de resina que luego es moldeado con luz recibe el nombre de Litografía axial computarizada. Puedes revisar su mención en el artículo con fecha 31 de enero 2019 de la Revista Science.
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