¿Qué significa la resolución en la impresión 3D?

¿Estás buscando una impresora 3D alta resolución? "Resolución" es un valor muy debatido pero poco entendido en el mundo de la impresión 3D y la fabricación aditiva. ¿Cómo influye la resolución XY y la resolución Z en la calidad de tus impresiones 3D? ¿Cuál es el tamaño mínimo de los detalles que puedes lograr y qué grosor de capa deberías elegir?

En esta guía exhaustiva aprenderás cómo la resolución de las impresoras 3D afecta a la calidad de tus impresiones y cómo varía entre las impresoras SLA, FDM y DLP.

Resolución o tamaño mínimo de los detalles

La tecnología lleva décadas librando una batalla en torno a la resolución. Las televisiones han cuadriplicado recientemente la cantidad de píxeles de HD a 4K y es posible que pronto lo hagan de nuevo para ofrecer 8K. Lo primero que aparece en las especificaciones técnicas de los teléfonos móviles, las tabletas y cualquier otra cosa que tenga una pantalla es su resolución, siempre y cuando sea algo de lo que hacer alarde. Pero nada de esto es nuevo. Siempre ha habido guerras en torno a la resolución desde que se popularizó la tecnología digital, con la industria de la impresión como uno de los primeros campos de batalla.

Si ya habías nacido en las décadas de los 80 y los 90, entonces te acordarás de que Canon, Brother, HP, Epson y Lexmark (entre otros) luchaban por conseguir la mejor velocidad y resolución de impresión del mercado. Lo que empezó con 100x100 puntos por pulgada (DPI) pasó rápidamente a 300x300, después a 600x600 y finalmente al estándar actual de la industria, 1200x1200. Por aquel entonces, el significado de estos valores se entendía perfectamente y hasta las unidades eran perfectamente lógicas. Por desgracia, las cosas se complican cuando añades otra dimensión a la impresión.

Resolución de la impresión 3D

La resolución de una impresora 3D influye en el nivel de detalle de la impresión en las tres dimensiones.

En la impresión 3D y en la fabricación aditiva se deben considerar tres dimensiones: las dos dimensiones 2D de los planos X e Y y la tercera dimensión del eje Z que hace posible trabajar en 3D. Dado que las dimensiones de los planos y del eje Z suelen estar controlados mediante mecanismos muy diferentes, sus resoluciones también son distintas y es necesario tratarlas por separado. Como resultado, existe mucha confusión en torno al significado de la "resolución de la impresión 3D" y al nivel de calidad de impresión que se espera.


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Impresión 3D de alta resolución. Compara los distintos procesos de impresión 3D

Las impresoras 3D SLA de alta resolución de Formlabs tienen un alto grado de resolución vertical en el eje Z y ofrecen un tamaño mínimo del detalle bajo en el plano XY, lo que permite que reproduzcan detalles delicados.

 

¿Qué hace que una impresora 3D sea de alta resolución? No existe una única respuesta. Dado que las impresoras 3D producen piezas en 3 dimensiones, tienes que tener en cuenta al menos dos cifras: el tamaño mínimo del detalle en el plano XY y la resolución vertical del eje Z (grosor o altura de capa). La resolución vertical del eje Z se puede determinar con facilidad y por tanto es posible informar acerca de ella, si bien no está tan relacionada con la calidad de la impresión y el acabado de la superficie. La resolución XY (tamaño mínimo del detalle) es más importante y se mide a través de un proceso de escaneo interno, por lo que no siempre se incluye en las especificaciones técnicas.

En la práctica, esto quiere decir que deberías optar por una impresora 3D que ofrezca buenos resultados en ambas categorías (en las 3 dimensiones).


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Impresión 3D SLA o FDM

El panorama ha cambiado mucho desde que se sacaron a la venta las primeras impresoras 3D de escritorio . Ahora, las impresoras 3D de estereolitografía (SLA), como la Form 3, están compitiendo con las impresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM) para hacerse con los mismos huecos para impresoras de escritorio del mercado. Una de las principales ventajas que las impresoras 3D SLA de resina ofrecen en comparación con sus parientes de fundición de plástico es la calidad de la impresión: las impresoras 3D SLA producen impresiones considerablemente más lisas y detalladas. Aunque las impresoras SLA también pueden lograr grosores de capa mucho más pequeños, la razón que les permite ofrecer una calidad de impresión mejorada es que tienen una resolución XY mucho mayor.

Las impresoras 3D SLA (derecha) ofrecen una mayor resolución y pueden producir impresiones considerablemente más lisas y detalladas que las impresoras 3D FDM (izquierda).

A diferencia de las impresoras 3D FDM, el tamaño mínimo del detalle en el plano XY de las impresoras 3D SLA no está limitado por las dinámicas de flujo del plástico derretido, sino que se basa en el sistema óptico y en la cinética radical de la polimerización. La matemática que fundamenta este proceso es compleja (y está fuera del alcance de este artículo), pero se resume en lo siguiente: los detalles de las impresiones fabricadas mediante SLA pueden ser aproximadamente tan pequeños como el diámetro del punto focal del láser. En este sentido, los puntos focales del láser pueden llegar a ser verdaderamente diminutos, especialmente comparados con el tamaño de la boquilla de los extrusores de las impresoras FMD.

Lee nuestra guía exhaustiva sobre las impresoras 3D FDM y SLA para aprender en qué se diferencian en cuanto a la calidad de impresión, materiales, aplicaciones, proceso de trabajo y costes, entre otros factores.

Impresoras 3D de láser: SLA o DLP

Las impresoras 3D de resina, como las SLA, LFS y DLP, ofrecen las mejores resoluciones de todos los procesos de impresión 3D disponibles en formato de escritorio. Las unidades básicas de estos procesos son formas distintas, lo que dificulta la comparación de las distintas máquinas si solo se siguen sus especificaciones numéricas.

Las impresoras 3D DLP tienen una matriz fija de píxeles relativa al área de impresión, mientras que las impresoras 3D SLA y LFS por láser pueden concentrar el rayo láser en cualquier coordinada del plano XY. Esto significa que las máquinas que usan láser, si disponen de un sistema óptico de alta calidad, pueden reproducir con más precisión la superficie de una pieza incluso si el diámetro del punto focal del láser es más grande que el tamaño del píxel del DLP.

No obstante, independientemente del proceso de impresión 3D de resina que elijas, las impresoras 3D profesionales de resina deberían ser capaces de capturar los detalles más finos de tus creaciones, desde modelos fotorrealistas hasta diseños complejos para joyería.

En la impresión 3D SLA y LFS (izquierda), las líneas de capa son prácticamente invisibles. Por consiguiente, se reduce la rugosidad de la superficie, lo que produce un acabado de la superficie liso, y, en el caso de los materiales transparentes, piezas más translúcidas. Las impresoras 3D DLP renderizan las imágenes mediante vóxeles rectangulares, lo que provoca un efecto de líneas de vóxel verticales (derecha).

Aprende más acerca de las diferencias que existen entre las impresoras 3D SLA Y DLP en cuanto a su resolución, precisión, fiabilidad, volumen de impresión, acabado de la superficie, velocidad y proceso de trabajo.

¿Qué es la resolución XY?

En el mundo de la impresión 3D, no hay ningún otro factor más determinante para la calidad de la impresión que la resolución XY. Muy debatida pero poco entendida, la definición de la resolución XY (también conocida como resolución horizontal) varía dependiendo de la tecnología de impresión 3D que se emplee:

  • Impresoras 3D SLA y LFS: combinación del tamaño del punto focal del láser y de los incrementos con los que se puede controlar el rayo láser.
  • Impresión 3D por DLP: el tamaño de los píxeles, que son la unidad más pequeña que el proyector puede reproducir en una única capa.
  • Impresoras 3D FDM: el movimiento más pequeño que puede realizar el extrusor en una única capa.

Por norma general, cuanto menor sea el número, mejores serán los detalles. Sin embargo, no siempre se incluye esta cifra en las especificaciones técnicas y, cuando aparece, el valor que se indica no siempre es acertado. Para obtener información real sobre la resolución XY de una impresora, es importante entender la ciencia en la que se basa dicha cifra.

En la práctica, ¿cómo afecta la resolución 3D a tus impresiones? Para averiguarlo, decidimos someter a ensayo la impresora 3D SLA Form 2 . La Form 2 tiene un diámetro del punto focal del láser de 140 micras (anchura a media altura o FWHM), que le debería permitir imprimir detalles delicados en el plano XY. La sometimos a ensayo para ver si esta resolución ideal es real en la práctica.

Un modelo para someter a ensayo la resolución de una impresora 3D

Para someter a ensayo el tamaño mínimo del detalle de la Form 2 en el plano XY, diseñamos un modelo (izquierda) con líneas desde 10 a 200 micras y lo imprimimos con la Clear Resin (derecha).

En primer lugar, diseñamos e imprimimos un modelo para someter a ensayo el tamaño mínimo del detalle en el plano XY. El modelo es un bloque rectangular con líneas de diversos grosores en dirección horizontal, vertical y diagonal para evitar un sesgo relacionado con la dirección. Los grosores de las líneas varían de 10 a 200 micras en incrementos de 10 micras y tienen una altura de 200 micras, lo que equivale a dos capas si se imprime con una resolución Z de 100 micras. Imprimimos el modelo con la Clear Resin, lo lavamos dos veces en un baño de alcohol isopropílico y lo poscuramos durante 30 minutos.

Análisis del modelo

Fotografiamos y pintamos de verde el modelo para mejorar la visibilidad. En el lado derecho de la ventana, la línea vertical amarilla con puntos negros mide la anchura de la línea fotografiada.

Tras el poscurado, examinamos el modelo en un microscopio y tomamos fotos a alta resolución para proceder al análisis. Utilizamos ImageJ, el software de análisis de imágenes gratuito de NIH, para aumentar en primer lugar los píxeles de las imágenes y medir después la anchura real de las líneas impresas. Recopilamos alrededor de 50 datos por cada anchura de línea para eliminar errores de medición y evitar la variabilidad. En total, imprimimos y analizamos tres modelos en dos impresoras diferentes.

Análisis de los resultados

Los resultados indican que la Form 2 tiene la misma resolución XY ideal y real para los detalles de 150 micras y más.

A medida que la anchura de línea de la impresión disminuye de 200 a 150 micras, los valores ideales se sitúan en un intervalo de confianza del 95 % con respecto al valor medido. Cuando las anchuras de las líneas deseadas se sitúan por debajo de 150 micras, el intervalo medido empieza a desviarse considerablemente del valor ideal. Esto significa que una impresora puede producir de manera fiable detalles de hasta 150 micras en el plano XY, más o menos el tamaño de un pelo humano.

El tamaño mínimo del detalle de la Form 2 en el plano XY es de unas 150 micras, tan solo 10 micras más que su láser de 140 micras. El tamaño mínimo del detalle nunca puede ser más pequeño que el diámetro del punto focal del láser y hay muchos factores que afectan a este valor: refracción del láser, contaminantes microscópicos y la química de la resina, entre muchos otros. Teniendo en cuenta todo el ecosistema de la impresora, una diferencia de 10 micras se considera nominal. No todas las cifras que se publican sobre la resolución de las impresoras 3D son reales, así que siempre es buena idea investigar el tema a fondo antes de elegir la impresora que se ajuste a tu proyecto.

Si tu trabajo te exige impresiones con detalles delicados, busca una impresora con una resolución XY demostrada con datos mensurables que no se limite a una cifra.

¿Qué es la resolución Z?

Cuando leas las especificaciones técnicas de la impresora 3D, verás que hay un valor que aparece más que cualquier otro: la resolución Z. También conocida como grosor de capa o altura de capa, la resolución vertical se convirtió en la mayor diferenciación numérica entre las primeras impresoras 3D. A las primeras máquinas les costó romper la barrera de 1 mm, pero ahora los grosores de capa de las impresoras 3D FDM pueden llegar a medir hasta menos de 0,1 mm, mientras que las impresoras 3D LFS y SLA ofrecen resultados aún más precisos.

Las impresoras 3D de Formlabs admiten grosores de capa de entre 25 y 300 micras, dependiendo del material. Esta selección de alturas de capas te ofrece el equilibrio ideal entre velocidad y resolución. En este sentido, la principal pregunta que se plantea es cuál es el mejor grosor de capa para tu impresión.

¿Siempre es mejor utilizar un grosor de capa más pequeño?

La impresión 3D de alta resolución implica sacrificios. Las capas más finas conllevan más repeticiones, lo que a su vez implica más tiempo: imprimir a 25 micras en comparación con 100 micras suele cuadriplicar el tiempo de impresión. Hacer más repeticiones también significa que hay más probabilidades de que algo salga mal. Por ejemplo, incluso si hay una tasa de éxito del 99,99 % por capa, cuadruplicar la resolución disminuye la posibilidad de obtener una impresión exitosa del 90 % al 67 % si se asume que una capa fallida provoca un fallo de impresión total.

Un grosor de capa más pequeño equivale a más tiempo, deja más restos y aumenta la probabilidad de que se produzcan errores.

¿Una resolución más alta (capas más finas) produce mejores impresiones? No siempre: depende del modelo que se vaya a imprimir y de la resolución XY de la impresora 3D. En general, imprimir con capas más finas implica más tiempo, más restos y más errores. En algunos casos, imprimir modelos a resoluciones más bajas (por ejemplo, con capas más gruesas) puede incluso resultar en impresiones de mejor calidad.

¿Cuando es mejor no utilizar capas más finas?

Se suele asociar a las capas más finas con transiciones más suaves en las diagonales, lo que da pie a que muchos usuarios generalicen esta información y lleven la resolución Z al límite. Pero ¿y si el modelo consiste en su mayoría en bordes verticales y horizontales, con ángulos de 90 grados y pocas diagonales? En estos casos, contar con capas adicionales no servirá para mejorar la calidad del modelo.

Este problema se agrava cuando la resolución XY de la impresora en cuestión no es perfecta y "se sale de las líneas" cuando dibuja los bordes exteriores. Más capas equivale a más crestas desiguales en la superficie. Aunque la resolución Z sea mayor, en este caso el modelo parecerá de mucha menor calidad.

¿Cuándo debes elegir una resolución Z más alta?

Dicho esto, hay casos en los que es mejor utilizar una resolución más alta. Si usas una impresora con una buena resolución XY y un modelo con detalles complejos y muchos bordes diagonales, reducir el grosor de las capas producirá un modelo de mejor calidad. Además, si el modelo no tiene mucha altura (200 capas o menos), aumentar la resolución del eje Z puede mejorar mucho la calidad.

Hay ciertos diseños a los que les beneficia contar con una resolución Z más alta: formas orgánicas, arcos redondeados, pequeños relieves y grabados complejos.

Un modelo pequeño e intrincado con arcos redondeados requiere una mayor resolución del eje Z. Esta catedral se ha imprimido a 25 micras con la Form 2.

Como norma general, peca de capas más gruesa y aumenta la resolución del eje Z solo cuando sea completamente necesario. Con la impresora correcta y ciertos tipos de modelos, una resolución del eje Z más alta capturará los detalles intrincados de tu diseño.

La Grey Resin ahora puede imprimir con una altura de capa de 160 mm. Comprueba la diferencia de velocidad y de tiempo de primera mano.

En PreForm, Formlabs proporciona a los usuarios la opción de elegir entre distintos grosores de capa. Con PreForm 3.0.3, puedes imprimir piezas con la Grey Resin con las siguientes alturas de capa: 160, 100, 50 y 25 micras. Para los ingenieros, imprimir a 160 micras permite acelerar el proceso de iteración y pasar del diseño a las piezas impresas en menos tiempo. Para los profesionales del sector de la odontología, ahora es posible producir más alineadores al día sin sacrificar la calidad para tus pacientes. 

Empieza a trabajar con la impresión 3D de alta resolución

Tras haber aprendido acerca de la resolución en la impresión 3D y haber identificado las diferencias entre las tecnologías y los resultados que producen, esperamos que te sea mucho más fácil elegir la solución de impresión 3D que mejor se adapte a tu proceso de trabajo y tus necesidades de producción.

Para explorar la última generación de la impresión 3D por SLA, infórmate sobre las impresoras 3D LFS Form 3 y Form 3L

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