El mundo de la impresión 3D se ha visto en los últimos años publicitado debido al auge que están teniendo en el público en general las impresoras 3D de bajo coste. Después de que en el año 2009 expirara la patente que la compañía americana Stratasys tenía sobre la tecnología de modelado de deposición fundida (FDM por sus siglas en inglés) el crecimiento que ha experimentado la impresión 3D ha resultado espectacular.
La tecnología de impresión 3D se ha denominado de diferentes maneras como prototipado rápido, fabricación rápida o fabricación aditiva. El hecho de que existiera esta variedad de nombres para intentar definir un mismo proceso hizo que la ASTM formara un comité para decidir qué terminología sería aceptada. Finalmente se tomó como estándar el término fabricación aditiva definido como el proceso por el que un modelo que ha sido generado previamente por ordenador usando un programa 3D CAD, puede ser fabricado directamente sin necesidad de planificación depositando material capa a capa, solo donde es requerido. De este modo se evitan formas de fabricación que no optimizan tanto el material como la fabricación substractiva (torneado, fresado, etc) o la pieza por conformado.
Los procesos de fabricación aditiva parten todos ellos de un modelo en 3D, generalmente diseñado por ordenador pero también puede ser creado con un escáner en 3D. Este modelo es posteriormente "rebanado" en capas 2D discretas para proceder a su impresión.
En el mercado se encuentran diferentes tecnologías para la realización de una pieza mediante impresión 3D. Si nos centramos en la clasificación ofrecida por la ASTM habría 7 tipologías diferentes:
El método que mayor expansión está teniendo es la extrusión de material debido a que los componentes necesarios son más sencillos y a su bajo coste.
Nos centraremos en éste ya que es el método que nosotros empleamos.
En estos procesos el material es empujado a través de un inyector para ir depositando capa a capa el material que conformará la pieza. Para que la impresión tenga lugar de una manera efectiva, el material que está siendo extruido debe ser de una consistencia semi-sólida cuando sale del inyector. Del mismo modo, este material tiene que solidificar de una manera más o menos acelerada para que pueda soportar el peso de las capas posteriores y solidificar en conjunto con las capas anteriores. Así se conseguirá que la estructura tenga mucha más consistencia. La máquina que imprime con esta tecnología debe ser capaz de moverse en el plano horizontal extruyendo el material al tiempo que es capaz de cortar el flujo de material. Una vez que la capa está concluida, la estructura se mueve hacia arriba o baja la base permitiendo la creación de la nueva capa de material.
Dentro de esta tecnología existen dos formas principales de realizar el proceso. La más comúnmente usada es realizar el control del estado del material mediante temperatura. El material reblandecido o fundido por la temperatura es extrudido a través del inyector, uniéndose con el material previamente depositado antes de su endurecimiento. La otra forma de enfrentarse al proceso de impresión es mediante un cambio químico que genere la solidificación. En estos casos, el proceso común de impresión se ve completado con un agente activador del endurecimiento, una reacción con el aire o simplemente un proceso de secado que permite la unión de las capas entre sí. Esta segunda forma de realizar la impresión es comúnmente usada en casos en los que se requiere de cierta biocompatibilidad.
El primer límite está en el tamaño. El área de la zona de impresión y la altura que es capaz de alcanzar la máquina nos darán el volumen máximo de impresión. En nuestro caso ronda los 18 x 18 x 18 cm.
El segundo límite lo marca la forma de la pieza a imprimir, pues lo ideal sería que la pieza se pueda auto soportar, es decir que todos sus puntos se apoyen en la plataforma o en otros puntos previamente impresos. Como ejemplo, una pirámide inversa no podría imprimirse.
El software de control de la impresora es capaz de generar automática estructuras de soporte con las que solventar esta limitación. En ciertos casos esta opción permite imprimir zonas de los objetos que no cumplen la regla anterior. Los mejores resultados, sin embargo, se consiguen con diseños que se adapten a las posibilidades mecánicas de la impresora, sin recurrir al material de soporte.
Dentro de las máquinas de materiales de extrusión las más comunes son las que emplean diferentes tipos de plásticos. Este tipo de material cumple con todas las propiedades necesarias anteriormente comentadas: se puede moldear gracias a cambios en la temperatura, el material depositado se suelda con las capas anteriores y al enfriarse se conforma una pieza sólida.
Los pásticos más utilizados son:
A parte de estos plásticos hay muchos otros, variantes del ABS generalmente, que se pueden utilizar para crear piezas transparentes, para ser biocompatibles y poder fabricar prótesis, para evitar problemas de estática en componentes electrónicos, resistentes al calor, resistentes a diferentes sustancias químicas, preparados para la industria automotriz y aeroespacial, etc.