Guía definitiva sobre impresión 3D por estereolitografía (SLA)

La estereolitografía pertenece a una familia de tecnologías de fabricación aditiva conocida como fotopolimerización en tanque o, como se denomina comúnmente, impresión 3D de resina. Estas máquinas se basan en el mismo principio, el de usar una fuente de luz (un láser o proyector) para curar resina líquida y transformarla en plástico endurecido. La principal diferencia física reside en la disposición de sus componentes principales, como la fuente de luz, la base de impresión y el tanque de resina.

Aprende cómo funciona la impresión 3D por estereolitografía (SLA).

Las impresoras 3D SLA utilizan materiales termoendurecibles reactivos a la luz que denominamos "resinas". Cuando se exponen las resinas de SLA a determinadas longitudes de onda de luz, se unen cadenas moleculares cortas, con lo que los monómeros y oligómeros se polimerizan en geometrías rígidas o flexibles solidificadas.

Las piezas realizadas mediante SLA ofrecen la mayor resolución y precisión, los detalles más nítidos y el acabado de la superficie más liso de todas las tecnologías de impresión 3D, pero el principal beneficio de la estereolitografía se encuentra en su versatilidad.

Los avances en la impresión 3D siguen cambiando el enfoque que tienen las empresas respecto a la creación de prototipos y la producción. A medida que la tecnología se vuelve más accesible y asequible y los materiales avanzan para adaptarse a las oportunidades y la demanda del mercado, muchos diseñadores, ingenieros y otros profesionales están integrando la impresión 3D en procesos de trabajo con distintos ciclos de desarrollo.

La impresión 3D está ayudando a profesionales de diversas industrias a reducir los costes de externalización, realizar iteraciones más rápidamente, optimizar los procesos de producción e incluso acceder a modelos de negocio completamente nuevos.

En particular, la impresión 3D por estereolitografía (SLA) ha experimentado cambios considerables. En sus inicios, las impresoras 3D de resina eran grandes y costosas. Además, solo las podían manejar técnicos especializados, lo que requería caros contratos de servicios. Hoy en día, las impresoras de escritorio de pequeño formato generan una producción de calidad industrial a precios bastante más asequibles y con un grado de versatilidad imbatible.

Compara la impresión 3D por estereolitografía con otras dos tecnologías habituales para producir piezas de plástico: el modelado por deposición fundida (FDM) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).

Aprende a pasar del diseño a la impresión 3D con la impresora 3D SLA Form 3+. Este vídeo de 5 minutos cubre las nociones básicas de cómo usar la Form 3, desde el software y los materiales hasta la impresión y el posacabado.

El proceso de impresión 3D por SLA apareció por primera vez a principios de la década de los 70, cuando el investigador Hideo Kodama inventó el enfoque moderno por capas de la estereolitografía, que usa luz ultravioleta para curar polímeros fotosensibles. El término "estereolitografía" fue acuñado por Charles (apodado "Chuck") W. Hull, quien patentó la tecnología en 1986 y fundó la empresa 3D Systems para comercializarla. Hull describió el método como la creación de objetos tridimensionales "imprimiendo" sucesivamente capas delgadas de un material curable por luz ultravioleta.

Sin embargo, la impresión 3D SLA no fue la primera tecnología de impresión 3D en ganar popularidad. Cuando las patentes empezaron a caducar a finales de los 2000, la introducción de pequeñas impresoras 3D de escritorio abrió camino a la fabricación aditiva, y el modelado por deposición fundida (FDM) fue el primer método que se adoptó en esas plataformas de escritorio.

Aunque esta tecnología asequible basada en la extrusión hizo que el público comenzara a conocer y adoptar la impresión 3D, las impresoras FDM no satisfacían todo el espectro de necesidades profesionales. Obtener resultados de alta precisión repetibles es crucial para las aplicaciones profesionales, del mismo modo que los materiales biocompatibles lo son para el sector de la odontología y la capacidad para crear detalles precisos lo es para industrias como la joyería y aplicaciones como la milifluídica.

La impresión SLA llegó poco después a las impresoras de escritorio, cuando Formlabs adaptó la tecnología a este formato en 2011. Las impresoras SLA de escritorio de pequeño formato trajeron consigo la promesa de la impresión 3D de alta resolución, que antes estaba limitada a grandes sistemas industriales, en sistemas mucho más pequeños y asequibles y con un amplio catálogo de materiales. Estas capacidades expandieron el acceso a la impresión 3D para diversas aplicaciones personalizadas y de alta precisión en múltiples sectores, incluyendo la ingeniería, el diseño de productos y la fabricación, así como en el ámbito de la odontología y de la joyería, entre otras industrias.

En 2015, Formlabs lanzó su impresora 3D SLA de última generación, la Form 2, que se convirtió en la impresora 3D de escritorio líder en la industria. Con ella se han imprimido productos tan diversos como prótesis a medida asequibles o una línea de mangos personalizables para cuchillas de afeitar.

La Form 2 reavivó el discurso a favor de la impresión 3D por SLA y popularizó un modelo "distribuido" de producción, en la que las empresas pueden aumentar su producción de forma gradual añadiendo más impresoras de pequeño formato a medida que aumenta la demanda, con la flexibilidad de imprimir con materiales diferentes en cada impresora. El desarrollo de los materiales con el tiempo ha provocado que el uso de este modelo no deje de crecer, pues las resinas más avanzadas han hecho posibles aplicaciones que van más allá de la creación de prototipos y entran en el ámbito de la producción y de las piezas de uso final en varias industrias.

En 2019, Formlabs dio otro gran paso en la industria con el lanzamiento de la Form 3 y la Form 3L, dos nuevos productos de hardware que han establecido un nuevo estándar para la tecnología SLA, con sistemas basados en un proceso de impresión completamente nuevo.

La tecnología Low Force Stereolithography (LFS) es la última generación de la impresión 3D por SLA, capaz de satisfacer la demanda de impresión 3D de calidad industrial expandible y fiable que hay en el mercado actual.

Esta forma avanzada de impresión 3D por SLA reduce drásticamente las fuerzas que soportan las piezas durante el proceso de impresión usando un tanque flexible e iluminación lineal para ofrecer una calidad de superficie y una fiabilidad de impresión espectaculares. La reducción de las fuerzas de impresión permite el uso de estructuras de soporte despegables con un toque ligero, un proceso que abre un amplio abanico de posibilidades de desarrollo futuro de materiales avanzados y listos para la producción.

La impresión por SLA invertida introduce fuerzas de separación de capa que afectan a la impresión, puesto que se separa de la superficie del tanque, de manera que se limita el volumen de impresión y se necesitan estructuras de soporte sólidas. La Form 2 de Formlabs conlleva un gran trabajo de calibrado para tener en cuenta las fuerzas del proceso de separación de capa y producir piezas de alta calidad. Aprende más acerca de las diferencias entre la Form 2 y la Form 3, que emplea tecnología LFS.

La impresión 3D LFS reduce drásticamente las fuerzas que soportan las piezas durante el proceso de impresión usando un tanque flexible e iluminación lineal para ofrecer una calidad de superficie y una fiabilidad de impresión espectaculares. Aprende más sobre el funcionamiento de la tecnología LFS en este vídeo de análisis profundo.

Ingenieros, diseñadores, fabricantes y otros profesionales eligen la impresión 3D por SLA por sus detalles precisos, el acabado liso de la superficie, la precisión y fiabilidad de las piezas finales y atributos mecánicos como la isotropía, la impermeabilidad y la versatilidad de los materiales.

Dado que la impresión 3D crea las piezas capa a capa, el resultado final puede tener una resistencia variable en función de la orientación de la pieza durante el proceso de impresión, con distintas propiedades en los ejes X, Y y Z.

Los procesos de impresión 3D basados en la extrusión, como el modelado por deposición fundida (FDM), son conocidos por ser anisotrópicos, debido a las diferencias entre capas que crea el proceso de impresión. Esta anisotropía limita la utilidad de la tecnología FDM para ciertas aplicaciones o hace que se requieran más ajustes en la geometría de la pieza para compensarla.

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

Por otra parte, las impresoras 3D SLA de resina crean piezas muy isotrópicas. Conseguir la isotropía de una pieza se basa en varios factores que pueden controlarse con precisión integrando la química del material en el proceso de impresión. Durante la impresión, los componentes de la resina forman enlaces covalentes, pero de una capa a otra, la capa permanece en un estado de semirreacción, sin poscurar.

Mientras está sin poscurar, la resina conserva grupos polimerizables que pueden formar enlaces entre capas, lo que otorga isotropía e impermeabilidad a la pieza en el momento del curado final. A nivel molecular, no hay diferencia entre los planos X, Y y Z. Esto tiene como resultado piezas con un rendimiento mecánico predecible, que es crucial para aplicaciones como sujeciones y fijaciones, piezas de uso final y prototipos funcionales.

Los objetos impresos mediante SLA son uniformes, independientemente de si lo que se produce son geometrías con rasgos sólidos o canales internos. Esta impermeabilidad es importante para aplicaciones de ingeniería y fabricación, en las que el flujo del aire u otros fluidos debe estar controlado y ser predecible. Los ingenieros y diseñadores aprovechan la impermeabilidad de las impresoras SLA para resolver desafíos relativos al flujo del aire u otros fluidos en productos de automoción e investigación biomédica. También la usan para validar diseños de piezas para productos de consumo como electrodomésticos de cocina.

Industrias como la odontología y la fabricación dependen de la impresión 3D por SLA para crear componentes precisos y fiables de forma repetida. Para que un proceso de impresión genere piezas precisas y fiables, se deben someter varios factores a un control estricto.

Si comparamos la impresión 3D por SLA con la precisión del mecanizado, podríamos decir que su precisión se sitúa entre la del mecanizado estándar y el mecanizado de precisión. La SLA ofrece la mayor tolerancia de todas las tecnologías de impresión 3D disponibles en el mercado. Descubre más sobre la tolerancia, la precisión y la fiabilidad en la impresión 3D.

La combinación del tanque de resina calentado y el entorno de impresión cerrado proporciona condiciones casi idénticas para cada impresión. Esta mayor precisión se consigue también gracias a una temperatura de impresión menor en comparación con las tecnologías basadas en los termoplásticos, que derriten la materia prima. Dado que la estereolitografía usa luz en lugar de calor, el proceso de impresión tiene lugar casi a temperatura ambiente, por lo que las piezas impresas no sufren los efectos de la expansión y contracción térmicas.

La impresión 3D con Low Force Stereolithography (LFS) concentra el sistema óptico dentro de una Light Processing Unit (LPU) que se mueve en la dirección del eje X. Un galvanómetro posiciona el rayo láser en la dirección del eje Y y lo dirige a lo largo de un espejo plegable y un espejo parabólico para que el rayo esté siempre perpendicular al plano de impresión, de forma que se mueva en línea recta para aportar una precisión y fiabilidad aún mayores y mantenga la uniformidad de los resultados a medida que aumenta el tamaño del hardware, como en el caso de la impresora SLA de gran formato Form 3L de Formlabs. Además, la LPU usa un filtro espacial para que el punto focal del láser sea más nítido, limpio y preciso.

Las características de cada material también son importantes para asegurar un proceso de impresión fiable y repetible.

Las impresoras SLA son el máximo exponente de la producción de piezas con un acabado de la superficie liso, con un aspecto comparable a las piezas desarrolladas por métodos de fabricación tradicionales como el mecanizado, el moldeo por inyección y la extrusión.

Esta calidad de la superficie es ideal para aplicaciones que requieren un acabado perfecto y también ayuda a reducir el tiempo de posacabado, ya que las piezas se pueden lijar, pulir y pintar con facilidad. Por ejemplo, empresas de vanguardia como Gillette usan la impresión 3D por SLA para crear productos de consumo de uso final, como los mangos de las cuchillas impresos en 3D de su plataforma Razor Maker.

La altura de capa del eje Z se suele usar para definir la resolución de una impresora 3D. En las impresoras 3D SLA de Formlabs se puede ajustar para que se sitúe entre 25 y 300 micras, renunciando a la velocidad en pos de la calidad.

En comparación con ellas, las impresoras FDM y SLS suelen imprimir las capas del eje Z a un altura de entre 100 y 300 micras. No obstante, una capa impresa a 100 micras en una impresora FDM o SLS tiene un aspecto distinto al de una pieza impresa a 100 micras en una impresora SLA. Las impresiones por SLA ofrecen un acabado de la superficie más liso recién salidas de la impresora, dado que las paredes más exteriores de su perímetro son rectas y cada capa nueva que se imprime interactúa con la anterior, lo que suaviza el efecto escalonado. Las impresiones mediante FDM tienden a tener capas claramente visibles, mientras que el SLS genera un superficie granulosa a causa del polvo sinterizado.

Los detalles muy pequeños también ofrecen un mejor resultado en la impresión por SLA, debido a que la Form 3 tiene un diámetro del punto focal del láser de 85 micras, en comparación con las 350 micras de las impresoras SLS industriales y las boquillas de 250-800 micras de las máquinas de FDM.

Las resinas para SLA tienen la ventaja de contar con una gran variedad de configuraciones de formulación. Son materiales que pueden ser blandos o duros, contener un gran porcentaje de materiales secundarios como el vidrio o la cerámica o poseer propiedades mecánicas como una alta temperatura de flexión bajo carga o resistencia al impacto. Estos materiales pueden estar pensados expresamente para una industria concreta, como los destinados a las prótesis dentales, o estar diseñados para parecerse mucho a los materiales finales, como en el caso de la creación de prototipos. Su formulación les permite soportar ensayos rigurosos y tener un buen rendimiento si se ven sometidos a diversos esfuerzos.

En algunos casos, es esta combinación de versatilidad y funcionalidad la que convence a las empresas de empezar a integrar la impresión 3D de resina en sus instalaciones. Tras resolver una aplicación gracias a un material funcional específico, no suelen tardar en descubrir más posibilidades, y la impresora se convierte en una herramienta para aprovechar las diversas capacidades de muchos materiales.

Por ejemplo, cientos de ingenieros del grupo de diseño y creación de prototipos del Centro de Investigación de Fabricación Avanzada (AMRC) de la Universidad de Sheffield cuentan con libre acceso a un parque de 12 impresoras 3D SLA y a un catálogo de materiales para ingeniería que hacen posibles proyectos de investigación muy diversos con socios industriales como Boeing, Rolls-Royce, BAE Systems y Airbus. El equipo ha usado la High Temp Resin para imprimir en 3D arandelas, soportes y un sistema para la colocación de sensores que debe soportar altas temperaturas, y aprovecharon la Durable Resin para crear componentes elásticos con formas complejas para un robot de coger y colocar que automatiza la fabricación de compuestos.

La impresión 3D por SLA acelera la innovación e impulsa el desarrollo de los negocios en muchas industrias, incluyendo la ingeniería, la fabricación, la odontología, el sector sanitario, la educación, el entretenimiento, la joyería, la audiología, etc.

Muchas empresas comienzan a usar la impresión 3D externalizando el trabajo a laboratorios o empresas de servicios. Externalizar la producción puede ser una buena solución cuando los equipos solo necesitan imprimir en 3D de manera ocasional o si se tiene un proyecto específico que requiera materiales con propiedades únicas o aplicaciones específicas. Las empresas de servicios también pueden aconsejar sobre el uso de diversos materiales y ofrecer servicios de valor añadido como el diseño o el acabado avanzado.

Las principales desventajas de la externalización son el coste y los plazos de producción. A menudo, la externalización abre la puerta a traer la producción a las propias instalaciones a medida que la demanda aumenta. Una de las mayores ventajas de la impresión 3D es su velocidad, en comparación con los métodos de fabricación tradicionales. Esa velocidad disminuye rápidamente cuando una pieza externalizada tarda días o incluso semanas en llegar. Además, al crecer la demanda y la producción, la externalización no tarda en encarecerse.

El auge de la impresión 3D de calidad industrial asequible ha hecho que, hoy en día, cada vez más empresas opten por internalizar directamente la impresión 3D, integrándola verticalmente en los talleres o laboratorios con los que ya cuentan o en los espacios de trabajo de ingenieros, diseñadores y otros profesionales que puedan beneficiarse de convertir diseños digitales en piezas físicas o que participen en la fabricación en pequeños lotes.

Las impresoras 3D SLA de escritorio son idóneas cuando necesitas obtener tus piezas con rapidez. En función del número de piezas y del volumen de impresión, una impresora 3D de pequeño formato puede amortizarse incluso en meses. Además, con las máquinas de pequeño formato, es posible pagar por la capacidad justa y necesaria para tu empresa y expandir la producción añadiendo más unidades a medida que crezca la demanda. Usar múltiples impresoras 3D también aporta la flexibilidad de poder imprimir piezas con diferentes materiales al mismo tiempo. Las empresas de servicios pueden seguir complementando este proceso de trabajo flexible cuando haya que fabricar piezas grandes o utilizar materiales poco convencionales.

Un menor tiempo de elaboración es una ventaja importante de poseer una impresora 3D de escritorio. Cuando se trabaja con una empresa de impresión externa, los plazos de producción, la comunicación y el envío crean retrasos. Con una impresora 3D de escritorio como la Form 3, las piezas están listas en cuestión de horas, lo que permite a diseñadores e ingenieros imprimir varias piezas en un mismo día. Esto ayuda a realizar iteraciones más rápidamente y a reducir de manera considerable el tiempo de desarrollo del producto, al tiempo que permite someter a ensayo mecanismos y ensamblajes con rapidez, con lo que se evitan costosos cambios de herramientas.

Poseer una impresora 3D de escritorio genera un ahorro considerable respecto a trabajar con empresas de servicios de impresión 3D y mecanizado tradicional, ya que son alternativas que se encarecen rápidamente cuando aumentan la demanda y la producción.

Por ejemplo, para cumplir plazos de producción ajustados, un ingeniero de procesos y un equipo de Pankl Racing Systems introdujo la impresión 3D por SLA en la empresa para fabricar sujeciones a medida y otras piezas de bajo volumen directamente para su cadena de montaje. Aunque al principio llevar la impresión SLA a la empresa generó escepticismo, al final resultó ser un sustituto ideal para el mecanizado de diversas herramientas. En un caso, redujo el plazo de producción de los dispositivos de sujeción en un 90 por ciento, es decir, de dos o tres semanas a menos de un día, y redujo los costes en un 80-90 por ciento.

Con las máquinas de pequeño formato, es posible pagar por la capacidad justa y necesaria para tu empresa y expandir la producción añadiendo más unidades a medida que crezca la demanda. Usar múltiples impresoras 3D también aporta la flexibilidad de poder imprimir piezas con diferentes materiales al mismo tiempo.

Formlabs ofrece dos sistemas de impresión 3D por SLA, un catálogo creciente de materiales especializados, un software intuitivo de preparación y gestión de impresiones y servicios profesionales. Todo en un mismo paquete.

Para seguir explorando la impresión 3D por SLA, lo primero es que experimentes por ti mismo la calidad de la tecnología SLA. Solicita una muestra gratuita impresa en 3D con el material que elijas. La enviaremos directamente hasta tu casa.