¿Se puede imprimir en 3D la silicona? Las mejores impresoras 3D de silicona y sus alternativas

silicone 3D printed skin

La silicona es una goma sintética que posee varias características atractivas para la fabricación. Su estructura química es increíblemente versátil, lo que hace posible adaptar su fórmula química para ajustarla a diversas aplicaciones industriales, como sellos, juntas, tecnología ponible, productos sanitarios, pinzas robóticas, utensilios de cocina, aislamiento térmico y eléctrico, etc.

Actualmente, la mayoría de los productos de silicona se producen mediante moldeo por inyección, moldeo por compresión o fundición. Con los avances en la impresión 3D, mucha gente se pregunta "¿es posible imprimir en 3D piezas de silicona?"

La respuesta es que sí, con algunos peros importantes. La silicona tiene una viscosidad muy elevada, por lo que es difícil imprimir en 3D con ella con precisión. No se puede calentar y extruir ni se puede curar con luz UV, como los materiales fotopoliméricos. Esto significa que imprimir silicona en 3D requiere impresoras 3D muy especializadas, y actualmente solo hay unas pocas opciones inaccesibles en el mercado. Sin embargo, hay muchos procesos de impresión 3D que ofrecen materiales con propiedades similares a la de la silicona y la impresión 3D también se puede utilizar para crear moldes para el moldeo de piezas con silicona, con lo que se trasladan muchas de las ventajas de la impresión 3D a los métodos de fabricación con silicona tradicionales.

En esta guía exhaustiva, conocerás las diferentes opciones para la impresión 3D de silicona, sus alternativas y cómo la fabricación aditiva apoya los procesos tradicionales de fabricación con silicona. 

Procesos de impresión 3D de silicona y alternativas

Las impresoras 3D de silicona y sus soluciones alternativas se pueden dividir en tres categorías:

  1. Impresión 3D directa de silicona: Hay impresoras 3D de silicona en el mercado, pero todavía están lejos de ser viables comercialmente o de estar disponible para el negocio medio.

  2. Impresión 3D utilizando materiales con propiedades similares a la silicona: Los procesos comunes de impresión 3D de polímeros ofrecen varios materiales con propiedades similares a las de la silicona que pueden servir como alternativas para determinadas aplicaciones. 

  3. Fundición o moldeo de silicona utilizando moldes impresos en 3D: El utillaje rápido fabricado con la impresión 3D puede servir como punto intermedio entre el prototipado y la producción en masa de piezas de silicona con métodos de fabricación tradicionales.

Impresión 3D directa de silicona

Aunque la mayoría de las tecnologías de impresión 3D han existido durante muchos años o incluso décadas, las impresoras 3D de silicona siguen siendo un campo relativamente nuevo y experimental debido a la complejidad de la impresión con silicona. En los últimos años, algunas empresas han llevado las impresoras 3D de silicona al mercado, pero todas estas soluciones tienen ciertas limitaciones y costes excesivamente elevados, lo que significa que no son adecuadas para la mayoría de negocios y aplicaciones. 

Una de las primeras soluciones para la impresión 3D directa de silicona fue un proceso de deposición de goteo bajo demanda desarrollado por la empresa alemana ACEO. El proceso de goteo bajo demanda consistía en la deposición de pequeñas cantidades de silicona sobre la base de impresión y en usar luz UV para curarlas y convertirlas en una pieza acabada. Sin embargo, esta solución no logró encontrar un nicho en el mercado y quedó descatalogada en 2021. 

La fabricación aditiva líquida es otra forma de impresión 3D de silicona desarrollada por InnovatiQ (conocida anteriormente como German RepRap) que consiste en dispensar silicona líquida sobre la base de impresión y curar el material utilizando un proceso de extrusión similar al proceso de trabajo de una impresora 3D de modelado por deposición fundida (FDM), para después curar el material con la combinación de luz UV y calor para dar forma al producto acabado. El proceso de curado doble utiliza luz UV y calor para dar forma al producto acabado. Sin embargo, con esta solución, las opciones de diseño y la calidad de las piezas están limitadas, y la impresora cuesta 120 000 $.

Spectroplast silicone 3D printer

La técnica de fabricación aditiva de silicona desarrollada por Spectroplast funciona de forma similar a las impresiones 3D de resina y hace que los materiales de silicona se puedan curar con luz. (© Spectroplast)

El ejemplo más reciente de impresoras 3D de silicona es la técnica de fabricación aditiva con silicona desarrolladas por Spectroplast. El proceso de fabricación aditiva con silicona es similar a la técnica de fotopolimerización en tanque conocida gracias a las impresoras 3D de estereolitografía (SLA) y procesamiento digital de luz (DLP). Normalmente, los materiales de silicona no se pueden curar con luz, pero la empresa usa un proceso propio para hacerlos sensibles a la luz. Esta tecnología emergente promete ofrecer el mismo grado elevado de libertad de diseño que otras tecnologías de impresión 3D con resina, por un precio de en torno a 100 000 $.

Impresión 3D utilizando materiales con propiedades similares a la silicona

Algunos de los principales motivos por los que los fabricantes eligen las siliconas son la elasticidad y la flexibilidad de estos materiales que hacen posibles un amplio abanico de aplicaciones. 

Las siliconas suelen estar en un intervalo de dureza Shore de entre 10A y 80A. Los procesos comunes de impresión 3D de polímeros como el FDM, la SLA y el SLS ofrecen varios materiales en este intervalo de dureza, con varios grados de parecido con otras propiedades importantes de la silicona, como la durabilidad, la estabilidad térmica, la resistencia UV, la seguridad alimentaria, la biocompatibilidad y las opciones de color y translucidez.

Los materiales para FDM como alternativas a la silicona

En el caso del modelado por deposición fundida, los elastómeros como el poliuretano termoplástico y el elastómero termoplástico son los materiales más flexibles que pueden ofrecer una alternativa a la silicona. Estos materiales están disponibles comercialmente con una dureza Shore de 45A a 90A, que cubre parte del intervalo de dureza de la silicona, excepto los materiales más blandos.

Las ventajas asociadas con estas alternativas son la asequibilidad general de las impresoras 3D FDM y sus materiales. Por otro lado, los inconvenientes son una fiabilidad y una precisión dimensional menores, una resolución, calidad y resistencia de la pieza bajas y una libertad de diseño limitada, todos ellos factores que restringen su uso en el mundo real. Los materiales para FDM similares a la silicona son por lo general menos duraderos que la silicona estándar. Tampoco son seguros para la alimentación, tienen una resistencia a la temperatura menor y ofrecen opciones de color limitadas y ninguna opción real de translucidez, pero pueden ser biocompatibles y seguros para la piel.

Los materiales para SLA como alternativas a la silicona

La impresión 3D por estereolitografía es popular entre los profesionales por su gran precisión y su amplia gama de opciones de materiales. La impresión 3D SLA ofrece múltiples alternativas a la silicona que permiten a los fabricantes prototipar piezas similares a la silicona o incluso fabricar piezas de uso final con la flexibilidad, la elasticidad y la durabilidad de la silicona. Las piezas para SLA ofrecen el acabado de la superficie más liso y una mayor libertad de diseño que el FDM.

Las resinas de impresión 3D flexibles similares a la silicona también suelen ser menos duraderas que la silicona estándar, no seguras para la alimentación, no biocompatibles (pero pueden ser seguras para la piel) y con menor resistencia a la temperatura. Los materiales para SLA similares a la silicona pueden ser translúcidos y también se pueden teñir de diferentes colores.

SLA 3D printing offers multiple alternatives to silicone 3D printing

La impresión 3D SLA ofrece múltiples alternativas a la silicona que se pueden utilizar para prototipar piezas similares a la silicona o incluso fabricar piezas de uso final.

La disponibilidad de cada material depende del modelo de impresora, pero suele estar dentro del intervalo de dureza Shore entre 30A y 90A. Algunas de las alternativas a la silicona entre los materiales de impresión 3D SLA de Formlabs son:

  • La Elastic 50A Resin es un material blando que es adecuado para prototipar piezas que se fabrican normalmente con silicona. Este material de dureza Shore 50A es ideal para piezas que se doblan, se estiran, se comprimen y resisten ciclos repetidos sin desgarrarse, volviendo rápidamente a su forma original. Elige la Elastic 50A Resin para aplicaciones como la tecnología ponible (cintas), recintos y carcasas estirables, botones compresibles o anatomía de tejidos blandos en el sector sanitario.

  • La Flexible 80A Resin es un material rígido de tacto blando  con una dureza Shore de 80A, que simula la flexibilidad de las siliconas duras, así como la del caucho o la del poliuretano termoplástico. Al combinar blandura con resistencia, la Flexible 80A Resin puede soportar esfuerzos de flexión y compresión, incluso a lo largo de ciclos repetidos. Es ideal para aplicaciones de prototipado como mangos, asas, sobremoldes, amortiguadores, absorción de choques, sellos, juntas y máscaras. También se puede usar para reproducir la anatomía de cartílagos, tendones y ligamentos en el sector sanitario.

  • Aunque supera ligeramente el intervalo de dureza de los materiales de silicona, la Rebound Resin es un material de impresión 3D elástico de dureza Shore 86A que ofrece propiedades únicas para aplicaciones de uso final. La Rebound Resin es perfecta para imprimir en 3D piezas elásticas y resistentes, ya que ofrece cinco veces la resistencia al desgarro, tres veces la resistencia a la rotura por tracción y dos veces la capacidad de alargamiento que otros elastómeros para la producción disponibles en el mercado. La gran capacidad de alargamiento de la Rebound Resin la hace perfecta para fabricar piezas táctiles y elásticas, como mangos o empuñaduras. Es lo suficientemente resistente como para soportar estados constantes de compresión o tensión, por lo que es ideal para fabricar juntas y anillos complejos y duraderos.
New Balance shoes incorporating Rebound Resin, a silicone-like 3D printing material.

Las zapatillas New Balance que incorporan la Rebound Resin ya están a la venta en el mercado y se pueden ver por las calles de todo el mundo. La Rebound Resin resiste los elementos y aguanta el uso diario en todas las condiciones climáticas para ofrecer un mejor rendimiento y una mayor duración que los materiales tradicionales.

silicone-like 3D printed sample part
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Los materiales para SLS como alternativas a la silicona

La impresión 3D por sinterizado selectivo por láser (SLS) es la tecnología de fabricación aditiva más común para aplicaciones industriales. Ofrece una gran precisión, un alto rendimiento y una libertad de diseño casi ilimitada, ya que el polvo sin fundir sirve como soporte para la pieza durante la impresión y elimina la necesidad de agregar expresamente estructuras de soporte.

Los materiales para SLS con propiedades similares a la silicona incluyen el poliuretano termoplástico, el elastómero termoplástico y la poliamida termoplástica, que ofrecen durezas Shore entre 45A y 90A. La disponibilidad exacta depende del modelo de la impresora.

Las piezas producidas con materiales para SLS similares a la silicona son precisas, duraderas y resistentes a la abrasión y el desgaste, además de tener la mayor resistencia a la temperatura de los tres procesos de impresión 3D de plástico. Pueden ser biocompatibles, seguros para la piel y también seguros para la alimentación después del posacabado. La desventaja es que la impresión SLS ofrece opciones limitadas de color y ninguna de translucidez, y los diseños con paredes delgadas pueden deformarse mientras se enfrían.

Fundición o moldeo de silicona utilizando moldes impresos en 3D

Para quien desee producir piezas de silicona real, la impresión 3D también puede ayudar a encontrar un punto medio entre el prototipado y la producción en masa de piezas de silicona con métodos de fabricación tradicionales.

El moldeo por inyección, el termoformado, el moldeo por compresión y la fundición de silicona utilizan moldes para crear el producto final de silicona. Sin embargo, crear el utillaje necesario conlleva un elevado coste inicial o meses de espera hasta que lleguen de los proveedores de servicios, lo que ralentiza considerablemente el desarrollo de productos y alarga el tiempo que hace falta para llevar un producto al mercado.

Incorporar en el proceso de desarrollo de productos de utillaje rápido creado in situ permite a las empresas validar su diseño y los materiales que eligen antes de pasar a la producción en serie y proporciona medios asequibles para producir series personalizadas o limitadas de piezas de uso final.

Rapid tooling
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Guía de utillaje rápido

En este libro blanco, aprenderás a combinar las herramientas rápidas impresas en 3D con procesos de fabricación tradicionales como el moldeo por inyección, el termoformado o la fundición.

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El equipo de Google ATAP usó piezas de sustitución impresas en 3D en vez de subconjuntos electrónicos sobremoldeados para el ajuste inicial de las herramientas en la fábrica.

Los diseñadores del laboratorio de Tecnología y Proyectos Avanzados de Google (ATAP) pudieron reducir sus costes en más de 100 000 $ y acortar su ciclo de ensayo desde tres semanas a solo tres días usando una combinación de impresión 3D y moldeo por inserción. El equipo de Google ATAP descubrió que al imprimir en 3D piezas de ensayo, podían ahorrar tiempo y dinero respecto a usar piezas electrónicas que provenían de un proveedor.

Dame Products, una empresa emergente de Brooklyn, diseña productos para el sector de la salud y el bienestar. Utiliza moldeo por inserción de silicona para encapsular el hardware interno de los prototipos beta destinados a los clientes. La línea de productos de Dame Products incluye geometrías complejas ergonómicas cubiertas por completo por una capa de silicona de colores llamativos que no daña la piel.

Dame Products utiliza moldeo por inserción de silicona para encapsular el hardware interno de los prototipos beta destinados a los clientes.

Dame Products utiliza moldeo por inserción de silicona para encapsular el hardware interno de los prototipos beta destinados a los clientes.

El moldeo por inserción de silicona también es ideal para fabricar volúmenes bajos de piezas de uso final. El fabricante de prótesis avanzadas Psyonic utiliza el proceso para crear dedos para prótesis de manos que tengan un núcleo impreso en 3D duro de sobremolde con silicona, mientras que el fabricante de robótica RightHand Robotics usa el mismo proceso para crear pinzas para robots.

Psyonic utiliza el moldeo por inserción de silicona para crear dedos para prótesis de manos.

Psyonic utiliza el moldeo por inserción de silicona para crear dedos para prótesis de manos.

El utillaje rápido impreso en 3D para el moldeo por compresión se puede aprovechar para la producción de piezas de termoplásticos, silicona, goma y materiales compuestos. Los desarrolladores de productos de OXO, una empresa que fabrica electrodomésticos, utilizan la impresión 3D para crear prototipos de componentes de goma como juntas, mediante el moldeo por compresión de silicona en dos piezas con moldes impresos en 3D.

La impresión 3D es un método rápido y barato para crear moldes para el moldeo por compresión.

La impresión 3D es un método rápido y barato para crear moldes para el moldeo por compresión. 

silicone molding with 3d printing
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Moldeo con silicona para el diseño de productos

Descarga este informe con casos de estudio de las empresas OXO, Tinta Crayons y Dame Products, que ilustran tres formas distintas de emplear el moldeo con silicona para el diseño y la fabricación de productos, que incluye procesos como el sobremolde y el moldeo por inserción.

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La fundición también es un método popular para producir piezas de silicona y plástico para productos sanitarios, productos audiológicos, aplicaciones aptas para la alimentación y más.

La empresa de productos sanitarios Cosm fabrica pesarios a medida de pacientes con trastornos del suelo pélvico. Sus empleados imprimen moldes en una impresora 3D SLA e inyectan silicona médica biocompatible en su interior para crear la pieza. El utillaje rápido con la impresión 3D les permite crear piezas impresas sin los costes elevados del utillaje tradicional.

Pesarios adaptados a las pacientes, producidos mediante fundición de silicona.

Fabricar moldes auriculares personalizados con la impresión 3D también ha revolucionado el sector de la audiología en aplicaciones como audífonos, protecciones contra el ruido y auriculares hechos a medida. La fabricación digital otorga un mayor control y precisión en comparación con la producción tradicional de moldes, lo que reduce notablemente el número de errores y repeticiones.

El proceso paso a paso de crear almohadillas a medida para el oído utilizando moldes auriculares de silicona.

El proceso paso a paso de crear almohadillas a medida para el oído utilizando moldes auriculares de silicona.

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Imprime en 3D moldes auriculares blandos a medida

Sigue la guía paso a paso para producir de forma asequible moldes auriculares de silicona personalizados usando una impresora 3D de Formlabs y la resina estándar Clear Resin de Formlabs.

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La fundición de silicona también se utiliza en el sector del entretenimiento. Jaco Snyman, fundador de la galardonada empresa de fabricación de piezas de atrezo y efectos de maquillaje con prótesis reales Dreamsmith Studio utilizó varias de estas técnicas para la serie de ciencia ficción Raised by Wolves. Aprovechando el gran volumen de impresión de la impresora 3D SLA Form 3L, Snyman creó una réplica de silicona hiperrealista del cuerpo de una actriz, máscaras de silicona para actores, muñecos de tamaño humano y más.

Realización de una réplica de silicona hiperrealista del rostro de una actriz, con moldes diseñados digitalmente e impresos en 3D en la Form 3L.

Realización de una réplica de silicona hiperrealista del rostro de una actriz, con moldes diseñados digitalmente e impresos en 3D en la Form 3L.

Por otro lado, los materiales de silicona también se pueden usar para crear moldes con los que moldear diversos materiales. Lee nuestra guía para aprender a fabricar moldes de silicona.

Comparación de procesos de impresión 3D de silicona y alternativas

Impresión 3D directa de siliconaImpresión 3D FDMImpresión 3D SLAImpresión 3D SLSFundición o moldeo de silicona utilizando moldes impresos en 3D
Precisión★★★☆☆★★★☆☆★★★★★★★★★★★★★★★
Acabado de la superficie★★★☆☆★★★☆☆★★★★★★★★★☆★★★★★
Libertad de diseño★★★☆☆★★★☆☆★★★★☆★★★★★★★★☆☆
Facilidad de uso★★★☆☆★★★☆☆★★★★★★★★★☆★★★★★
MaterialesSiliconasElastómero termoplástico, poliuretano termoplásticoResinas propiasPoliuretano termoplástico, elastómero termoplástico y poliamida termoplásticaSiliconas
DurezaShore 20A a 60AShore 45A a 90AShore 30A a 90AShore 45A a 90AShore 10A a 80A
PrecioDesde en torno a 100 000 $ - 120 000 $, en función de la solución.Las impresoras más asequibles y los equipos de impresión 3D tienen un precio inicial de unos cuantos cientos de dólares. Las impresoras de escritorio de gama media y de mayor calidad pueden adquirirse desde 2000 $ y los sistemas industriales están disponibles desde 15 000 $.Las impresoras de escritorio profesionales valen desde 3750 $, mientras que las impresoras de trabajo de gran formato parten de 11 000 $.Los sistemas de trabajo industriales pueden adquirirse desde 18 500 $ y las impresoras industriales tradicionales están disponibles desde 100 000 $.El mismo que en la impresión 3D SLA para la impresora. Los otros costes dependen del proceso de fabricación.
VentajasUtiliza siliconas realesAsequible Puede ser biocompatibleBuena relación calidad-precio Gran precisión Acabado de la superficie liso Fácil de usar Puede ser duradera y resistente al desgaste Puede ser translúcida y de coloresDuradera y resistente al desgaste Libertad de diseño No necesita estructuras de soporte Puede ser biocompatible y segura para la alimentaciónUtiliza siliconas reales Asequible
InconvenientesMaquinaria costosa Precisión baja Bajo nivel de detalle Opciones de materiales limitadasPrecisión y resolución bajas Libertad de diseño limitada Opciones de materiales limitadasOpciones de materiales limitadasOpciones limitadas de materiales Acabado de la superficie rugosoProceso de trabajo laborioso
Ideal paraAplicaciones específicasPrototipado de piezas sencillasPrototipado funcional Fabricación de moldes Piezas de uso finalPrototipado funcional Piezas de uso finalPrototipado funcional Piezas de uso final

Cómo elegir el proceso adecuado de impresión 3D de silicona o una alternativa

Aunque todavía no es fácil acceder a las impresoras 3D de silicona directas, hay muchas formas de aprovechar las ventajas de la impresión 3D para producir piezas de silicona o similares a la silicona.

silicone 3D printed watch arm band prototype

La impresión 3D es ideal para prototipar piezas con propiedades similares a la silicona y para crear moldes con los que moldear piezas de silicona real.

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