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Guía de posacabado para SLS: Granallado, suavizado y tinte de piezas

Piezas de SLS en varias etapas del posacabado.

Piezas de SLS en varias etapas del posacabado. 

La impresión 3D por sinterizado selectivo por láser (SLS) ha estado dominada durante mucho tiempo por caras impresoras industriales de alta gama, que a menudo están fuera de alcance para la mayoría de los negocios y de los diseñadores de productos o los obligan a externalizar piezas de alto rendimiento. Pero a medida que han bajado los precios, la demanda de la impresión in situ de nylon ha crecido. Esto se debe a que el nylon impreso en 3D es un termoplástico de alta calidad y eficacia probada con propiedades mecánicas comparables a las que se consiguen con métodos de fabricación convencionales, como por ejemplo el moldeo por inyección.

A causa de cómo utiliza polvo de nylon para crear piezas, la impresión 3D SLS tiene un proceso de trabajo de posacabado muy característico. Además, el polvo sobrante se puede guardar y reutilizar, a diferencia del exceso de resina que debe eliminarse de una pieza de estereolitografía (SLA) después de su impresión. 

En esta guía, tratamos todo lo que necesitas saber sobre el posacabado de piezas SLS, como la extracción del bloque de sinterizado de la impresora, el granallado y el tinte. 

Las bases del posacabado para SLS

Cuando tu pieza haya terminado de imprimirse y esté fuera de la impresora 3D, hay tres pasos principales que tienes que dar:

  • la extracción de la pieza
  • la recuperación del polvo
  • el granallado 

En esta sección, hablaremos de los pasos de posacabado para las piezas de SLS que se imprimen con la impresora 3D Fuse 1 de Formlabs y se limpian con la estación de recuperación de polvo Fuse Sift. Los usuarios pueden tener su propia estación de limpieza personalizada que funcione de forma parecida a la Fuse Sift. Esta sección del artículo también incluye cómo extraer y enfriar la cámara de impresión, que es el recipiente en el que la Fuse 1 deposita el polvo. 

De forma similar a la impresión 3D por estereolitografía (SLA), muchos factores influirán en lo fácil que resultará el posacabado y en cuánto éxito tendrá. Por ejemplo, el volumen, la geometría, la orientación y el tamaño de las piezas que hay dentro de la cámara de impresión, junto con la distancia de compactación que hay entre ellas, tendrán un impacto en la calidad de la impresión y en la facilidad de la retirada del polvo. 

Una vez que las piezas se hayan extraído de tu impresora 3D SLS, es importante no perder nada de polvo suelto. La recuperación del polvo es una parte crucial del posacabado del SLS que no existe cuando se utilizan las tecnologías del FDM o la SLA. Dado que los polvos de nylon son reutilizables en el proceso de impresión SLS, es importante salvar hasta el último gramo. Las impresoras 3D SLS como la Fuse 1 pueden funcionar con hasta un 70 % de polvo recuperado, por lo que la recogida de polvo durante el posacabado conduce a un ahorro considerable. 

Extracción de las piezas

Después de que se enfríen, retira las piezas de la cámara de impresión de la Fuse 1.

El primer paso del posacabado para las impresoras 3D SLS es el proceso de enfriamiento. En el caso de las impresiones que necesiten más de 24 horas para completarse (sea porque se trata de una pieza de gran tamaño o por haber compactado muchas piezas pequeñas dentro de la cámara de impresión), es necesario esperar 10 horas a que la cámara de impresión se enfríen antes de seguir posacabando las piezas. En algunos casos, se puede reducir el tiempo de enfriamiento abriendo la puerta de la Fuse 1, con lo que se ahorra varias horas. 

Enfriar rápidamente una cámara de impresión SLS puede deformar o distorsionar ciertas geometrías y piezas. Si intentas enfriar tu cámara de impresión con rapidez, asegúrate de comprobar si afecta a la calidad de tus piezas. Un método seguro es seguir la pantalla táctil de la Fuse 1, que proporcionará información sobre cuántas horas quedan hasta que la máquina haya terminado de enfriarse. Si utilizas otras impresoras SLS, prepara un temporizador y vuelve más tarde. 

Ya que las impresiones 3D mediante SLS no requieren estructuras de soporte, no es necesario recortar y lijar las protuberancias de los soportes ni utilizar herramientas como martillos o espátulas para retirar una impresión de la base de impresión. Tocar las impresiones con la mano debería bastar para que se desprenda el polvo sobrante y queden expuestas las piezas terminadas. En esta etapa del proceso, se puede utilizar un cepillo pequeño para retirar el polvo restante de la superficie de la pieza. En los espacios pequeños, se puede usar una herramienta del tamaño de un cepillo de dientes. 

Para completar el proceso de extracción de las piezas, muchos usuarios necesitarán una máquina de granallado para eliminar los últimos residuos de polvo sobrante que queden. Cuando se crean impresiones 3D mediante SLS con la Fuse 1, las piezas tienen una cáscara semisinterizada llamada Surface Armor, que podría ser necesario retirar también.

Trataremos el granallado y la Surface Armor con más detalle más adelante en el artículo. 

Recuperación del polvo

Utiliza la Fuse Sift para recuperar el polvo de nylon usado. 

Durante la extracción de la pieza, es importante reunir todo el polvo sobrante para reutilizarlo. El modo óptimo de conseguirlo es utilizar una unidad de recuperación con aspirador para recoger el polvo sobrante. 

La cantidad de polvo reciclado que se pueda usar variará en función de la impresora 3D SLS. La Fuse 1 trabaja con una tasa de reutilización del material para el Nylon 12 Powder, por lo que se puede imprimir con hasta un 70 % de polvo reciclado indefinidamente sin que se degraden las propiedades mecánicas de las piezas impresas. La Fuse Sift puede dispensar y mezclar el polvo usado con polvo nuevo de forma automática, así que puedes reducir o incluso eliminar por completo el desperdicio de material y controlar tu suministro de polvo.

Almacenamiento y mezclado del polvo

Algunas impresoras 3D SLS, como la Fuse 1, son capaces de imprimir con polvo mezclado. 

Algunas impresoras de SLS pueden tener varias tolvas para el polvo de nylon nuevo y el polvo de nylon usado. Otras, como la Fuse 1, pueden tener una única tolva que combine ambos tipos de polvo. La Fuse Sift mezcla automáticamente polvo nuevo con polvo reciclado, que se puede introducir directamente en la Fuse 1 para una impresión óptima. Quien utilice otros dispositivos tendrá que mezclar de forma manual el polvo recuperado. 

La Fuse 1 produce de forma constante piezas de alta calidad con un índice de renovación del 30-50 % para el Nylon 12 Powder. Esto significa que se puede imprimir con hasta un 70 % de polvo reciclado. Independientemente de cuál sea tu sistema de impresión 3D SLS, recoger y mezclar el polvo recuperado debe considerarse una parte vital de tu proceso de posacabado. 

Llegado este momento, has completado la extracción de las piezas y la recuperación del polvo. El polvo recuperado se ha distribuido y mezclado con polvo nuevo para el siguiente ciclo de impresión. Ahora puedes realizar un granallado para eliminar los últimos restos de polvo que queden en tus piezas.

Cómo dejar las piezas de SLS con el granallado

Para eliminar por completo todos los restos de polvo sobrante, las piezas de SLS se deben tratar con una máquina de granallado (también conocida comúnmente como arenadora). El granallado es un proceso que utiliza aire comprimido y partículas de determinados materiales para desprender el polvo no deseado de las piezas impresas. Aunque normalmente se utilizan para retirar la pintura de una superficie y limpiarla antes de darle otra capa de recubrimiento o pintura, las máquinas de granallado se pueden utilizar para eliminar el polvo de la superficie de una pieza de SLS.

La Fuse 1 de Formlabs utiliza una cáscara semisinterizada patentada llamada Surface Armor para proteger la superficie de las piezas cuando se imprimen, con el fin de mantener la uniformidad de la calidad y las propiedades mecánicas de las piezas. Durante el posacabado, esta cáscara se retira frotando la superficie de la pieza. La Surface Armor debería desprenderse con facilidad durante un posacabado regular.

Aunque la mayoría del polvo no sinterizado debería caerse fácilmente de las piezas después de sacarlas de la Fuse 1, el polvo más cercano a ellas (la capa de 1-2 mm que las rodea) será más difícil de quitar y con frecuencia no basta con usar un cepillo. Por eso, el granallado es un paso de posacabado esencial para muchos usuarios.

Hay varios tipos de sistemas de granallado: Formlabs recomienda sistemas alimentados por succión si se trabaja con piezas impresas en 3D mediante SLS. Los sistemas alimentados por succión usan el efecto Venturi para crear absorción en el extremo de un tubo que se cruza con el manguito de aire comprimido. Los sistemas alimentados por succión suelen funcionar con una presión de granallado menor, por lo que no son tan agresivos con las piezas. Utilizar un sistema con una potencia demasiado alta puede dañar las impresiones y alterar su precisión dimensional. Los sistemas de arenado alimentados por succión suelen tener un efecto más suave en las piezas pero son lo bastante fuertes como para eliminar el exceso de polvo.

Los sistemas de granallado necesitan un flujo de aire considerable para funcionar. La mayoría de los armarios de granallado necesitan 450 l/min a 0,55 MPa para propulsar de forma eficaz las partículas abrasivas y limpiar las piezas de SLS. La mayoría de los sistemas de compresión no van a ser capaces de suministrar este tipo de flujo de aire durante más de unos minutos cada vez. Cuando se trabaja con proyectos y piezas de SLS pequeños, esto no es un problema.

Disponer de un gran compresor industrial hará el proceso de granallado mucho más sencillo, ya que permitirá realizarlo de forma continua sin que haya pérdidas de presión. Sin embargo, usar un compresor de hogar barato como este compresor eléctrico silencioso fabricado por Husky (el modelo n.º 3332013 de compresor de aire eléctrico silencioso vertical) debería ser suficiente para granallar proyectos pequeños y también proyectos grandes haciendo pausas para que el depósito vuelva a presurizarse.

Opciones de máquinas de granallado para la impresión 3D SLS

De izquierda a derecha, una pieza de SLS después de: un granallado, de un suavizado con vapor junto con un tinte negro; de un pulido y de un suavizado mediante un recubrimiento.

A continuación, ofrecemos una lista detallada de las arenadoras que están disponibles en el mercado. En general, estas máquinas se pueden clasificar en cuatro categorías:

  • Granalladoras de banco de trabajo
  • Granalladoras de suelo
  • Granalladoras de volteo
  • Máquinas de granallado específicas para SLS

Granalladoras de banco de trabajo (1000 $ o menos)

Las granalladoras de banco de trabajo están recomendadas para usuarios con un presupuesto ajustado, normalmente con volúmenes de impresión pequeños o medios cada semana. Las granalladoras de escritorio tienden a costar entre 150 $ y 1000 $ y su factor de forma compacto suele ser ventajoso para las piezas de SLS. Las unidades de escritorio más baratas suelen traer consigo una serie de problemas, como un sellado deficiente del armario, que puede provocar que las partículas salgan fuera del mismo. También hemos visto problemas de sellado deficiente en componentes neumáticos de unidades baratas, lo que produce un desperdicio de aire comprimido y fuertes ruidos que perturban los espacios de trabajo. Antes de comprar una granalladora de banco de trabajo, asegúrate de que incluya un sistema de recogida de polvo (o de que dispongas ya del tuyo propio). Cuando se usan correctamente, las granalladoras de escritorio tienen la ventaja de que ocupan una superficie pequeña y tienen un precio atractivo. El armario de granallado abrasivo de Econoline es un ejemplo de granalladora de escritorio asequible.

Granalladoras de suelo (más de 1000 $)

Las granalladoras de suelo pueden ser más caras (la mayoría de las máquinas cuestan más de 1000 $), pero ofrecen un espacio de trabajo más grande y se considera que tienen una calidad industrial. Muchas incluyen separadores de partículas (aspiradores que están conectados al costado del armario de granallado y mantienen el aire libre de partículas de granallado y polvo de impresión) que funcionan bien y ayudan a mantener tu puesto de trabajo limpio y las impresiones libres de polvo de impresión sobrante. En Formlabs, utilizamos principalmente una arenadora a presión independiente de 24 x 18 x 23 in de Trinco

Granalladoras de volteo

Las granalladoras de volteo contienen un tambor giratorio con una pistola que apunta a las piezas de SLS dentro del tambor. Se trata de una proceso de granallado automático, en el que las piezas se colocan dentro de la máquina y se dejan en ella hasta que se completa el ciclo de granallado. El mejor uso de las granalladoras de volteo es limpiar grandes volúmenes de piezas pequeñas. Sin embargo, este proceso no está recomendado para piezas delicadas. Los sistemas de granallado por volteo no se diseñaron teniendo en cuenta las piezas de SLS, y sus cubetas de metal pueden mellar tus impresiones 3D o arrancar partes frágiles de ellas. Gracias a su tiempo de ciclo de aproximadamente 20 minutos, las granalladoras de volteo pueden mejorar mucho la eficiencia de tu proceso de trabajo. Sin embargo, dado que es necesario utilizar una granalladora de banco de trabajo o de suelo para piezas delicadas, las granalladoras de volteo pueden no resultar eficientes.

Las máquinas de granallado específicas para SLS existen en el mismo espectro de alta gama que las granalladoras de volteo. Ofrecen soluciones completamente automatizadas para eliminar el polvo de impresión de piezas delicadas y son caras, pero lideran el mercado de los usos pesados del SLS. La PostPro DP de AMT y la Powershot C de Dyemansion son dos ejemplos de granalladoras específicas para el SLS. Las dos máquinas cuestan alrededor de 35 000 $, sin incluir los planes de asistencia y los consumibles. Los tiempos de ciclo de ambas máquinas para eliminar completamente el polvo sobrante de las piezas son de aproximadamente 10 minutos.

Pasos adicionales de posacabado

El pulido por vibración es un proceso de acabado que alisa las superficies de las piezas impresas en 3D por SLS colocándolas en un tambor vibratorio. Este paso extra produce un acabado de aspecto satinado y permite que las piezas alcancen una tersura que normalmente es imposible de conseguir únicamente con el granallado. El resultado del pulido por vibración es un tersura que elimina la rugosidad del exterior de las piezas de nylon sinterizado. Las piezas que se pulen por vibración resisten mejor a los arañazos y la suciedad que las que no se someten a dicho pulido. 

El proceso del pulido por vibración comienza por colocar lotes de piezas impresas en un recipiente vibratorio que contiene gránulos de determinados materiales, como fragmentos de cerámica. Durante su funcionamiento, el tambor que contiene tanto la sustancia en partículas y las piezas de SLS vibra para crear fricción entre las partículas y las piezas de trabajo. A continuación, las partículas se rozarían contra la superficie de las piezas de SLS, alisándola lentamente. 

El tiempo típico de procesado para el pulido vibratorio es de entre cuatro y ocho horas. Debido a la naturaleza abrasiva de las partículas, algunos bordes afilados se suavizarán y los elementos más delicados podrían llegar a romperse. Siempre deberías seguir las recomendaciones de pulido por vibración para asegurarte de las piezas cumplen los requisitos de grosos mínimo viable, de modo que los elementos más frágiles de las piezas no se rompan por las fuerzas del tambor. 

Antes de teñir una pieza de SLS, a algunos usuarios puede interesarles aplicar un suavizado con vapor. El suavizado con vapor es una opción de acabado para las piezas impresas mediante SLS que utiliza disolventes químicos vaporizados para crear superficies brillantes y lisas que son parecidas a las de una pieza moldeada por inyección. El suavizado por vapor se puede utilizar con varias tecnologías de impresión 3D, como la fusión de lecho de polvo (que incluye el SLS y la fusión multijet, también conocida como MJF) o el modelado por deposición fundida (FDM). El resultado del suavizado con vapor es una pieza impresa lista que también mantiene sus propiedades mecánicas originales. 

A diferencia del granallado de volteo, el suavizado con vapor no desprende material de la pieza de trabajo. El disolvente químico vaporizado se dispersa sobre la superficie de la pieza dentro de la cámara durante el funcionamiento de la máquina. El resultado es una capa de fusión química en la superficie de la pieza que licua el material de la pieza para obtener una superficie uniforme en todas las zonas expuestas. 

Se puede utilizar el mismo agente de acabado para suavizar con vapor muchos materiales distintos, incluidos el ABS, el policarbonato y el nylon PA12. Puedes ver ejemplos de este proceso en el sitio web de AMT, que vende sistemas de suavizado con vapor. 

Tinte y pintura

Por lo general, las impresiones de nylon tienden a teñirse mejor cuando se usan colores oscuros. 

Cuando las piezas estén limpias, es posible que los usuarios quieran cambiar su color. Dos métodos populares son la pintura en aerosol y el tinte.

Los pasos para pintar con aerosol las piezas de SLS son similares a los de las otras piezas impresas en 3D. En primer lugar, las piezas de SLS se deberían colocar en un soporte y cubrirse con varias capas delgadas de imprimación. A continuación, se aplica la pintura en aerosol a la superficie de la pieza.

Debido a la naturaleza compleja que tienen a menudo las piezas de SLS, teñir las piezas suele ser preferible a pintarlas. Con frecuencia, las piezas de SLS incluyen partes móviles, bisagras y huecos internos que pueden ser difíciles de pintar. La superficie sí que puede ser una opción para impresiones con superficies grandes y planas, así como para las piezas que no contienen celosías complejas o secciones internas que se puedan ver con facilidad. 

Teñir las piezas de SLS es sencillo y recomendamos usar tintes como RIT Proline, del color de tu elección. RIT Proline ofrece recomendaciones de seguridad, disponibles en su sitio web. Antes de comenzar, asegúrate de disponer de guantes, un delantal para proteger tu ropa, gafas de seguridad y una ubicación con una ventilación excelente. El tinte RIT Proline incluye instrucciones en la parte posterior del paquete que deberían resultar suficientes para realizar un proceso de tinte satisfactorio. Repetiremos los pasos del tinte a continuación.

Por lo general, el proceso comenzará con una preparación. Los elementos necesarios son:

  1. Tinte RIT Proline (FDS)
  2. Placa calefactora
  3. Recipiente para el tinte, de acero inoxidable
  4. Cronómetro
  5. Taza medidora
  6. Cuchara para el tinte, tenazas, otros utensilios
  7. Papeles absorbentes, bandejas de secado, telas protectoras para las superficies, etc.
  8. Acetona para la limpieza
Materiales y herramientas típicos de tinte

Materiales y herramientas típicos de tinte

Tinte de piezas SLS

Los pasos de la parte posterior del paquete deberían ser los siguientes:

  1. Calienta 1 litro de agua hasta que entre en ebullición.
  2. Añade tinte al agua. Remueve la mezcla hasta que se disuelva.
  3. Introduce las piezas y activa el cronómetro.
  4. Extrae las piezas cuando haya pasado el tiempo deseado.

Las instrucciones de tinte en hornillo detalladas en la parte posterior del paquete de RIT Proline son adecuadas para teñir las piezas impresas con el Nylon 12 Powder de Formlabs. No se ha añadido nada de sal, vinagre o detergente para platos al baño de tinte. Las piezas no requieren un enjuagado o un lavado después de secarse al aire. 

El proceso de pigmentación se puede controlar modificando el tiempo que las piezas permanecen en el agua teñida. Después de solo 30 segundos, algo del color empezará a empapar la pieza de SLS. Hemos descubierto que el color más intenso se obtiene tras dejar la pieza bañada en agua durante 30 minutos. 

Cuando hayas sacado la pieza del agua caliente, enjuágala durante un minuto bajo agua fría para eliminar el exceso de tinte que quede en la superficie de la pieza. El enjuagado no debería afectar notablemente al color en comparación con dejar las piezas sin enjuagar. Tanto las piezas enjuagadas como sin enjuagar que se dejan secar al aire por la noche no trasfieren color a la piel cuando se manipulan.

Cuanto más tiempo pase una pieza de SLS dentro del tinte, más oscura se volverá. 

El uso de tintes de colores claros presenta una desventaja a la hora de trabajar con las piezas de SLS. Ya que los polvos para la Fuse 1 son más oscuros, como el Nylon 12  Powder, los colores como el amarillo parecerán estar manchados. Los tintes amarillos aplicados al Nylon 12 Powder tendrán un aspecto oscuro, más parecido a un amarillo verdoso. Si quieres obtener colores más brillante, es posible que te veas obligado a añadir pintura a las piezas teñidas. 

Los usuarios de la impresión 3D SLS ya están tiñendo piezas de SLS creadas mediante la Fuse 1. Partial Hand Solutions se dedica a hacer que avance la tecnología para personas de todas las edades que han sufrido amputaciones. Desde que la empresa nació en 2007, ha proporcionado soluciones funcionales para muchos soldados en activo y personas con amputaciones parciales de la mano y los dedos, así como a niños con necesidades protésicas de mayor envergadura.

Descubre más sobre la impresión 3D SLS

El Nylon 12 Powder, teñido y sin teñir.

El Nylon 12 Powder, teñido y sin teñir. 

El posacabado de las piezas de SLS no es una tarea complicada. Tras unas cuantas impresiones, la mayoría de los usuarios ya tienen facilidad para lavar, poscurar, pintar y lijar. Darle vida a tu creación nunca ha sido más fácil gracias a la impresión 3D de escritorio rentable y el conocimiento de cómo posprocesar tus piezas.

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¿Quieres saber más sobre la impresión 3D SLS? Descarga una guía exhaustiva en la que hablamos del proceso de sinterizado selectivo por láser, de los diferentes sistemas y materiales disponibles en el mercado para esta técnica, del proceso de trabajo para las impresoras SLS y de sus diversas aplicaciones. También vamos a explicar cuándo se debe utilizar la impresión 3D SLS en vez de otros métodos de fabricación aditiva o tradicional.