Clase 3:
Las principales técnicas de impresión 3D.
En este apartado se van a explicar las tres técnicas de impresión 3D más ampliamente utilizadas en la actualidad.
a) Estereolitografía (siglas: SLA, del inglés stereolitography).
Como ya se ha explicado, esta fue la primera técnica de impresión 3D en ser desarrollada. Se emplea para imprimir con un tipo muy concreto de material: las resinas. Como se indicaba en el apartado anterior, las resinas, también conocidas como plásticos termoestables, son un grupo de plásticos no reciclables que no se pueden fundir para adquirir una nueva forma tantas veces como queramos.
Para fabricar un objeto con alguno de estos plásticos es necesario llevar a cabo una reacción química conocida como curado. Dicha reacción se produce mediante el aporte de temperatura (y en ocasiones presión) y una vez que se ha llevado a cabo el plástico no se podrá volver a fundir nunca más.
En las impresoras 3D de estereolitografía lo que se hace es llevar a cabo dicha reacción de curado calentando la resina con un haz de luz ultravioleta. Existen dos modelos de impresoras SLA distintos, pero cuyo funcionamiento es muy similar:
Una opción es que la plataforma donde se apoya la pieza se desplace hacia abajo. En ese caso, el proceso es el siguiente:
- Se añade una finísima capa de resina que todavía no ha sido curada.
- El haz de luz UV que incide desde la parte superior cura las partes de la capa de resina que se desea que solidifiquen. Un espejo móvil es el encargado de dirigir el haz de luz en la dirección adecuada.
- La plataforma sobre la que se encuentra la pieza impresa desciende para continuar imprimiendo la siguiente capa.
Ese proceso se repite una y otra vez hasta que la pieza se ha completado, como se puede ver el en siguiente vídeo.
La otra opción es que la plataforma se desplace hacia arriba. En ese caso el haz de luz ultravioleta incide desde la parte inferior de la impresora, por lo que es necesario que el tanque de resina sea transparente por la parte de abajo (como se puede ver en el vídeo).
En este tipo de impresora, cada vez que se cura una capa de resina, la plataforma, a la que se encuentra pegada la pieza, asciende, permitiendo que a continuación se imprima la siguieinte capa.
En el siguiente vídeo se puede ver una impresora SLA de este tipo.
b) Modelado por deposición fundida (siglas: FDM, del inglés fused deposition modeling).
Es probablemente la técnicas que nos viene a la cabeza cuando se habla de impresión 3D. Este tipo de impresoras es el que más se ha extendido por todo el mundo debido a que son las más asequibles y fáciles de montar. Además, los materiales que suelen utilizar se encuentran entre los más baratos para impresión 3D.
Los materiales más empleados en este tipo de impresoras son plásticos del grupo de los termoplásticos, es decir, plásticos que pueden fundirse y cambiar de forma una y otra vez (aunque si se repite la operación muchas veces pueden perder ciertas propiedades). Entre los termoplásticos más empleados se encuentran los dos siguientes:
- El ácido poliláctico (siglas: PLA, del inglés polylactic acid).
- El acrilonitrilo butadieno estireno (siglas: ABS, del inglés acrylonitrile butadiene styrene).
Ambos se venden en forma de bobinas como las de la imagen, las cuales se pueden adquirir por menos de 20 euros:
Sin embargo, conviene dejar claro que el modelado por deposición fundida es una técnica de impresión que puede emplear materiales muy distintos. De hecho, las impresoras de comida, las impresoras para construcción de edificios y las impresoras de células madre de las que se ha hablando anteriormente pertenecen a este grupo.
En el siguiente esquema se muestran las principales partes de una impresora de tipo FDM común. A la derecha puede verse un detalle de una de las principales partes de la máquina, el extrusor:
a) La bobina de plástico: el plástico que va a ser impreso se colcoa enrollado sobre un soporte y el extremo del filamento se introduce en el extrusor.
b) El extrusor es la parte de la impresora donde se funde el plástico, está compuesto de varias partes:
- Los engranajes: son unas ruedas con dientes que introducen el filamento en el fusor.
- El fusor: es una pequeña cámara donde se produce la fusión del plástico.
- El calentador: consiste en una resistencia eléctrica que genera calor para fundir el plástico.
- El sensor de temperatura: es el encargado de medir la temperatura del plástico para poder regularla.
- La boquilla: es una pieza con un pequeño orifigio por donde el plástico es liberado.
- El ventilador: cuya función es enfriar el plástico para que solidifique rápido tras salir de la boquilla. Se puede activar o desactivar, ya que su uso puede ser, o no, conveniente dependiendo del tipo de plástico utilizado.
c) La cama: es la base, habitualmente de cristal, sobre la que se apoya la pieza impresa. En ocasiones disponen de un calefactor (cama caliente) que facilita que la pieza se adhiera a la superficie.
d) Los motores paso a paso: son un tipo especial de motor que pueden ser controlados con gran precisión. Al contrario que los motores típicos (de rotación continua), los motores paso a paso pueden girar un ángulo determinado, lo que permite realizar pequeños desplazamientos. El número de motores depende de la impresora, pero es habitual que dispongan de un motor para activar los engranajes que introducen el filamento y otros tres o cuatro para realizar los movimientos del extrusor y la base en las 3 direcciones del espacio.
e) Los tornillos sin fin: son los encargados de transmitir el movimiento de los motores.
Boquilla 
Engranajes del extrusor 
Motor paso a paso 
Calefactor (resistencia) 
Sensor de temperatura 
Tornillo sin fin 
Ventilador 
Cama
El proceso que se sigue en este tipo de impresión el el siguiente:
- El material con el que se va a imprimir entra en el fusor donde este es fundido mediante el calefactor.
- Una vez fundido el material es expulsado en pequeñas cantidades a través de la boquilla.
- Normalmente, un par de motores paso a paso se encargan de desplazar el extrusor en el plano de la impresora y otro par de motores se encargan del movimiento vertical.
- Como ocurría con las impresora SLA, existen dos modelos de impresora FDM. Una vez que se ha impreso una capa de la pieza pueden ocurrir dos cosas, dependiendo del modelo: que la base sed esplace hacia abajo, para dejar hueco para imprimir la siguiente capa, o que el extrusor se desplace hacia arriba para que pueda proceder a imprimir la siguiente capa.
En el siguiente vídeo se explica el funcionamiento de una impresora FDM de grandes dimensiones que puede imprimir en dos colores distintos, ya que dispone de dos extrusores separados:
c) Sinterizado selectivo por láser (siglas: SLS, del inglés selective laser sintering).
Es la técnica más empleada para la impresión 3D de metales. Es importante hacer una aclaración en este punto. No se debe confundir la impresión de metales con la impresión de piezas con un composite de plástico y metal.
En el primer caso se obtiene una pieza completamente metálica mientras que en el segundo caso se otiene una pieza con apariencia metálica, pero que en realidad está formada mayormente por plástico (PLA normalmente) con pequeñas virutas de metal, por lo que sus propiedades mecánicas son las del plástico. La impresión de piezas completamente metálicas requiere de una técnica especial, como el sinterizado selectivo por láser que se explicará a continuación, mientras que la impresión con un composite de plástico más metal se puede hacer en una impresora FDM.
En realidad, el sinterizado selectivo por láser es una técnica muy parecida a la estereolitografía explicada anteriormente.
El proceso es el siguiente:
- Un rodillo extiende una fina capa de polvo metálico muy fino sobre un depósito.
- Un láser incide desde la parte superior provocando el sinterizado de las partículas metálicas. El sinterizado es un proceso que consiste en fundir únicamente la superficie de las partículas metálicas, de tal manera que se quedan unidas entre sí, sin haber llegado a fundirse completamente. Un espejo móvil es el encargado de dirigir el láser en la dirección adecuada.
- La plataforma sobre la que se encuentra la pieza impresa desciende para continuar imprimiendo la siguiente capa.
Este proceso se repite hasta que la pieza es completada, tras lo cual se extra del depósito apratando el polvo metálico de su alrededor.
Las únicas diferencias frente a la técnica de estereolitografía es el material empleado y que el láser necesario para provocar el sinterizado del polvo metálico tiene que tener mayor potencia que el haz de luz ultravioleta necesario para curar la resina en la técnica SLA.
En el siguiente video se puede apreciar todo el proceso:
Existe una variante de este proceso en la que el polvo metálico no es sinterizado sino que se funde completamente. Dicha técnica se denomina fundido selectivo por láser (siglas SLM, del inglés selective laser melting). El procedimiento de impresión es exactamente el mismo que en la técnica SLS.