Guía de tinte de impresiones 3D SLS

A la hora de elegir un sistema de tinte, hay que tener en cuenta el tamaño de las piezas impresas, las cantidades, el precio y los niveles de uniformidad del color que hacen falta. Los precios de los sistemas de tinte oscilan entre unos pocos cientos de euros y decenas de miles de euros, y esos importes suelen ser proporcionales al nivel de calidad y de uniformidad del color que se pueden alcanzar con ellos. Cada uno de los cuatro métodos más comunes para teñir piezas impresas en 3D tiene ventajas distintas, y es importante tener claras las expectativas sobre la calidad del color y el presupuesto antes de elegir un método.

El tinte en olla es el método más accesible porque requiere únicamente una olla segura para altas temperaturas y la solución de tinte, aunque los resultados que da son menos uniformes que los de los demás métodos. Es el que más trabajo manual requiere y a veces produce piezas dañadas por el calor y el agitado.

El tinte ultrasónico ofrece una mejora respecto al tinte en olla en cuanto a la uniformidad de los resultados y a mantener la integridad de las piezas. Este método requiere menos trabajo manual que el tinte en olla, ya que el usuario solo necesita establecer una temperatura deseada en un limpiador ultrasónico, añadir las piezas y poner un temporizador. Usar vibraciones ultrasónicas para agitar la solución reduce la probabilidad de que las piezas acaben dañadas durante el tinte y produce resultados uniformes.

El tinte a presión se realiza con una olla a presión similar a utensilios culinarios como la Instant Pot y es un método que puede alcanzar temperaturas más altas que el tinte en olla o el tinte ultrasónico. Después de introducir las piezas en una solución dentro de la olla a presión, la olla se cierra y puede alcanzar hasta 120 °C de temperatura. La combinación del calor y la presión hace que las piezas se saturen de un color intenso, pero una de sus desventajas es que su alta temperatura también puede llegar a dañar las piezas, ya que los 120 °C superan la temperatura de reblandecimiento VICAT del TPU 90A Powder de Formlabs.

Los sistemas industriales como la DM60 de DyeMansion son rentables para grandes cantidades de piezas y cuando se necesitan resultados extremadamente uniformes. Estas soluciones de gran formato eliminan gran parte del trabajo manual del proceso de tinte e incluyen configuraciones programadas para tipos diferentes de piezas y colores. Con un sistema más programable como la DM60, los clientes de impresión 3D SLS pueden dedicar más tiempo a tareas más importantes, como el diseño de las piezas y la optimización de las impresiones. 

El equipamiento que recomendamos para teñir es el termocirculador ESVC-28 - Spectrum de Winco. Esta máquina es asequible, está disponible en múltiples proveedores y es fácil de configurar y utilizar.

Proveedor de EE. UU.: 699,99 $

Proveedor de EMEA: 659,99 €

Proveedor de APAC: 299 $

Cualquier sistema capaz de alcanzar las temperaturas necesarias (de 80 °C a 90 °C) y de hacer circular la solución debería ser adecuado para realizar el tinte. También recomendamos tener cerca unas tenazas de acero inoxidable para ayudar a sacar las piezas impresas del baño de tinte.

También hay soluciones industriales disponibles en el mercado para teñir impresiones SLS, como la DM60 de Dyemansion, que son rentables para grandes cantidades de piezas y cuando se necesitan resultados extremadamente uniformes. Este producto es capaz de albergar hasta 60 l de componentes por remesa de tinte e inyecta automáticamente el tinte, además de lavar las piezas después de teñirlas.

La DM60 confiere un grado mucho mayor de uniformidad y constancia de los resultados que el tinte en olla, así como una mayor estabilidad de los tintes frente a la radiación UV. Un servicio adicional que ofrece Dyemansion es el desarrollo de colores a medida. Para los usuarios con un requisito estricto de color o que quieren teñir un volumen muy elevado de piezas (piezas de uso final, en series de producción de más de 1000 unidades), utilizar una máquina industrial como la DM60 puede ser una buena elección.

Estas soluciones de gran formato eliminan gran parte del trabajo manual del proceso de tinte e incluyen configuraciones programadas para tipos diferentes de piezas y colores. Sin embargo, que tengan unos costes iniciales más elevados significa que la inversión se rentabilizará más rápidamente para quien imprima cantidades muy elevadas de piezas.

Un baño de agua circulante y calentada puede corroer el revestimiento de acero del contenedor. Algunos de los tintes sugeridos en este libro blanco pueden corroer gradualmente el acero al calentarse repetidamente. Es muy similar a la corrosión observada en los calentadores de agua que se usan en los hogares. La solución más sencilla para hacer frente a la posible corrosión es añadir un ánodo de magnesio en el baño, asegurándote de que hace contacto eléctrico con el revestimiento de acero, por ejemplo, mediante una abrazadera conductora o una unión ajustada. Los ensayos internos de Formlabs han demostrado que incluir un ánodo de magnesio prolonga la vida útil del baño de tinte en más de 8 veces respecto a la de un baño que no lo incluya. Los ánodos de magnesio se pueden adquirir a través de muchos canales de fácil acceso, como Amazon y las ferreterías locales. Formlabs utilizó este ánodo de magnesio en sus baños de tinte durante los ensayos.

Otras opciones para prolongar la vida útil del baño de tinte son utilizar soluciones de tinte más suaves, como los tintes ácidos Jacquard o hacer funcionar el baño de tinte a una temperatura más baja.

En cuanto a los tintes, recomendamos el tinte RIT ProLine para los usuarios que simplemente buscan resultados rápidos y fáciles. Aunque esto no permite igualar el color ni teñir más allá de las opciones que ofrece actualmente RIT, sí ofrece una solución ágil. Se pueden obtener varios tonos de los colores disponibles variando el tiempo y la temperatura en el baño de tinte. En el apartado "Proceso de trabajo de tinte" de este libro blanco se incluye más información sobre los efectos de la temperatura y el tiempo. RIT ProLine se puede adquirir a través de Amazon o de la página web de RIT.

Durante el ensayo, también se probaron tintes ácidos Jacquard, que resultaron ser una solución eficaz. No se observó ninguna mejora perceptible respecto a los tintes RIT en la saturación del color conseguido con un tinte ácido Jacquard, pero expande el número de colores disponibles.

Si utilizas el tinte RIT ProLine, la concentración que sugerimos es de 100 g de tinte y 100 g de ácido cítrico por 1 kg de agua. Añadir más tinte y/o ácido cítrico puede aumentar la absorción de colorante de la pieza impresa. El aumento de la absorción del tinte conduce a una mayor saturación y a un color más intenso en el producto final. Empieza con la concentración sugerida y utiliza algunas piezas de prueba para evaluar el impacto del color y del tiempo en el aspecto final de la pieza, y añade luego más tinte o tinte de otro color para ajustar el resultado al aspecto deseado.

Se realizaron ensayos con agua desionizada y agua del grifo, sin que se identificara ninguna diferencia medible entre ambas. El agua del grifo que se utilizó procedía de Somerville, Massachusetts, y tiene una dureza media de 16 mg/l. Es posible que los usuarios de lugares con una mayor dureza del agua obtengan resultados distintos al comparar el agua del grifo con el agua desionizada.

Como se detalla más adelante en esta guía, el cliente de Formlabs y fabricante de piezas de uso final Ken Pillonel descubrió que el tinte de la empresa francesa Techniques Chimiques Nouvelles proporcionaba un color más intenso. En las pruebas internas que se realizaron con él, el tinte produjo la intensidad esperada, pero traía consigo un olor fuerte. Si no tienes una ventilación adecuada en tu espacio de trabajo, lo más probable es que el tinte RIT sea una opción mejor. 

Es esencial asegurarse de que las impresiones se limpian adecuadamente antes de aplicarles el tinte. El polvo de impresión suelto que queda en la superficie de la pieza puede absorber el tinte de forma diferente al polvo sinterizado, lo que da lugar a un acabado del tinte menos controlado y menos uniforme, y hace que la pieza sea menos segura para el lavado. Recomendamos limpiar las impresiones con la solución automatizada de limpieza y pulido Fuse Blast. Esto hará que se elimine todo el polvo suelto de la impresión sin añadir tiempo de trabajo manual adicional al proceso de trabajo. También se puede utilizar una granalladora manual para limpiar las impresiones.

A la hora de limpiar piezas impresas con el Nylon 12 White Powder, no se recomienda utilizar un armario de granallado que se haya usado anteriormente para polvos grises, ya que el polvo residual que haya quedado en él puede dar a las piezas blancas un aspecto grisáceo.

Empieza por calentar el baño a 90 °C para maximizar la saturación del color. El baño puede tardar varias horas en calentarse, en función de qué baño de tinte se use. Cuando el baño haya alcanzado la temperatura máxima, prueba a tener una pieza durante un minuto en el baño. Este tiempo es suficiente para calibrar el color y decidir si es necesario hacer más ajustes en el tinte o en el tiempo que las piezas deben pasar en el baño.

Temperatura y tiempo

La temperatura y el tiempo tienen un gran impacto en el color final de la pieza. A juzgar por nuestros ensayos, aumentar la temperatura produce un color más saturado en menos tiempo.

Si se desea un color más claro, considera la posibilidad de reducir la temperatura de la solución de tinte a 70 °C o menos. A temperaturas más altas, la saturación se puede alcanzar con enorme rapidez, lo que deja muy poco margen para la divergencia y puede dar lugar a diferencias en las piezas acabadas. Hay un aumento de la absorción del tinte por parte de la pieza a lo largo del tiempo, pero esta tendencia se estabiliza a los 20-25 minutos, cuando la pieza alcanza un punto de saturación en el que ya no puede penetrar más tinte en la superficie.

Aditivos

Algunos aditivos pueden modificar el proceso de tinte y mejorar la uniformidad o la absorción del tinte. En el caso de RIT ProLine y los tintes ácidos Jacquard, se suele utilizar ácido cítrico o ácido acético como componente necesario para acidificar el baño de tintura.

También se puede usar sulfato de amonio como sustituto de la mayor parte o la totalidad del ácido cítrico o acético, en una proporción 1:1. El sulfato de amonio es una fuente de ácido más suave y un agente de nivelación, lo que significa que ralentiza la velocidad de absorción del tinte en la pieza. Ayuda a conseguir uniformidad con tonos claros, o en procesos de tinte en los que se desea un control más preciso del color. Otros agentes de nivelación que se pueden utilizar además de una fuente de ácido son el sulfato de sodio, el acetato de sodio y los tensoactivos catiónicos o no iónicos.

Usar tensoactivos puede resultar útil en el baño de tinte, así como en el procedimiento de lavado posterior al tinte. Añadir tensoactivos al baño de tinte puede ayudar con la infiltración en pequeños poros o canales de las piezas, así como a nivelar el tinte. Se pueden utilizar detergentes domésticos no iónicos, como el detergente Alcojet de baja espuma, en una dosis recomendada de 10 g por 1 kg de baño de tinte. No se recomiendan los tensoactivos iónicos, como el jabón de lavavajillas, ya que pueden provocar que se forme espuma o burbujas.

Para reducir la cantidad de tinte que se desprende de las impresiones, las piezas se pueden lavar con un tensoactivo leve después de teñirlas, con lo que se elimina cualquier exceso de tinte o el tinte que no se haya adherido a las superficies. Hay que tener cuidado, ya que los tensoactivos fuertes y/o el agua caliente pueden desteñir el color del tinte. Recomendamos utilizar detergentes diseñados específicamente para esta tarea, como Synthrapol, siguiendo las instrucciones del fabricante.

Después del lavado, también se puede evitar que las piezas desprendan tinte utilizando un fijador de tinte. Estos productos se utilizan sobre la pieza teñida cuando ya está lavada y secada, y hay muchas opciones disponibles en línea. Asegúrate de seleccionar un fijador que esté anunciado para su uso con tintes ácidos, nylon, seda o lana. Además, o como alternativa al uso de un fijador, a las impresiones teñidas se les puede dar un revestimiento para obtener una solidez óptima del color al lavado y a la luz. Los revestimientos de poliuretano se usan para tejidos teñidos con frecuencia, pero puede resultar más difícil trabajar con ellos. Si se trabaja a una escala más pequeña o con procesos más sencillos, los revestimientos y protectores para tejidos se pueden utilizar como revestimientos superficiales en las impresiones teñidas. Asegúrate de elegir un revestimiento compatible con el tejido de nylon.

Cambio de los colores del baño de tinte

Cuando cambies los colores de un baño de tinte, vacía primero toda la solución que haya en él y deséchala de acuerdo con la normativa local y la ficha de datos de seguridad (FDS) del tinte. Otra opción es almacenar el baño de tinte en estado líquido para utilizarlo en una fecha posterior, de acuerdo con la normativa local de seguridad.

A medida que la solución de tinte se calienta y va pasando por ciclos de tinte, se puede producir cierta sedimentación. Debido a esto, las paredes y la base del depósito se deben limpiar después de vaciarlo para que no se produzca una contaminación cruzada de colores. Cuando se hayan completado estos dos pasos, se recomienda un aclarado con agua limpia para asegurarse de eliminar cualquier resto de tinte que haya en el sistema de circulación.

Solo se debe preparar una nueva solución de tinte después de haber limpiado la máquina. Si se van a utilizar varios colores con frecuencia, se pueden adquirir varios circuladores para reducir la frecuencia de los cambios.

Ken Pillonel diseñó una solución fácil para este paso: usar recipientes de gran tamaño llenos de la solución de tinte dentro del tanque y colocar un imán giratorio en el fondo de esos recipientes para agitar el líquido. De este modo, puede utilizar diferentes recipientes para cada color de tinte, sin esperar a que se enfríen y se limpien. Para aprender más sobre su método y esta solución, ve su vídeo, que encontrarás al final de este artículo. 

Degradación del baño de tinte

A medida que se pasan lotes consecutivos de piezas por el baño de tinte, la superficie de las piezas absorberá el pigmento, agotando la concentración del colorante en el baño de tinte. Para compensarlo, puede ser necesario añadir más tinte a la solución. Si quieres obtener los resultados de color más uniformes posibles, lo mejor es preparar un baño de tinte nuevo para cada ciclo.

Lavado

Después del tinte, las piezas se deben lavar con agua. Este lavado posterior al tinte elimina la solución de tinte sobrante que quede en la superficie de las piezas. Este exceso de tinte puede colorear de forma desigual las impresiones al secarse y se puede desprender si se ve expuesto a la humedad. Para lavar las impresiones, basta con enjuagarlas en agua caliente de uno a cinco minutos o hasta que el agua salga limpia. Si sacas muchas piezas impresas del baño a la vez, introdúcelas inmediatamente en agua fría a medida que las vayas sacando. El tinte sobrante que se seca sobre las impresiones sin lavar puede provocar una coloración desigual.

Secado

Secar las piezas después de lavarlas ayuda a evitar que se manchen. Se trata de un paso opcional, pero se recomienda especialmente para las piezas con cavidades internas que puedan atrapar líquido en su interior. Estas impresiones pueden secarse de forma desigual, lo que puede provocar una línea de marcas de agua en algunas superficies del componente. Para mitigar este efecto, asegúrate de lavar bien el exceso de tinte cuando haya finalizado el ciclo de tinte y, si es posible, utiliza aire comprimido para eliminar todo el exceso de humedad posible y ayudar así al proceso de secado. Consideramos que un deshidratador de alimentos es un método económico para conseguir resultados repetibles.

Pulido

Utilizar el Fuse Blast Polishing System después del tinte es un método eficaz para aumentar la reflectividad de las piezas teñidas, lo que da como resultado un aspecto más brillante en ellas. También se pueden teñir las piezas después de alisarlas con vapor para darles un acabado brillante.

El equipamiento necesario para teñir en tu empresa es muy accesible. Una vez obtenido el equipamiento, el coste de realizar pruebas de tintes es increíblemente bajo. Por ello, el tinte resulta más rentable que las pinturas y los revestimientos en la mayoría de las situaciones.

El proceso de tinte está automatizado en gran medida; una vez que la solución de tinte está preparada, el equipamiento regula la temperatura del baño de tinte por sí solo. El único trabajo manual que hace falta es añadir las piezas que se van a teñir al baño mientras este circula, y después retirar y lavar las piezas cuando se haya alcanzado el tiempo deseado. Que se necesite tan poco trabajo manual es otra gran ventaja de utilizar tintes para colorear las piezas impresas en 3D mediante SLS.

Las impresoras 3D SLS de la serie Fuse son capaces de imprimir geometrías muy complejas. Esto puede dar lugar a detalles que son difíciles o imposibles de cubrir con revestimientos tradicionales que se basan en que el usuario los pulverice sobre la pieza a ojo. Dado que el tinte utiliza una solución acuosa para aplicar el color, las geometrías internas complejas se tiñen con la misma eficacia que los rasgos externos de las piezas.

Si tiñes piezas que tengan una geometría cóncava, asegúrate de que estén totalmente sumergidas. Las piezas que contienen cavidades internas tienen tendencia a atrapar aire y flotar. Esto impide que el colorante penetre en la superficie que flota por encima de la solución, así como en las caras internas que contienen las burbujas de aire atrapadas. Forzar a la pieza a sumergirse completamente y agitarla para eliminar el aire atrapado en ella debería resolver este problema.

Al teñir de tonos claros, el tiempo que las piezas pasan en el baño de tinte y la temperatura del mismo cambiarán drásticamente el color final de las impresiones. Si se desea un color concreto o si todas las piezas deben tener un color uniforme que se repita en varios baños de tinte, asegúrate de que las piezas se sacan tras pasar el mismo tiempo en la solución y de que se tiñen a la misma temperatura.

El proceso de tinte puede ser bastante sucio. Al añadir o sacar impresiones de la solución de tinte, se pueden producir salpicaduras y goteos. Las salpicaduras que entren en contacto con la piel o la ropa las teñirán, por lo que se debe utilizar un equipo de protección individual que proporcionen una cobertura adecuada. También te recomendamos que coloques el equipamiento de tinte lejos de cualquier superficie que no quieras que se manche, como las paredes blancas. Desechar el tinte también puede difícil, en función del tinte que se utilice. Asegúrate de comprobar los requisitos locales respecto al agua y sigue las FDS para asegurarte de que las soluciones de tinte se desechen correctamente. Una última restricción del espacio de trabajo que hay tener en cuenta son los vapores. Ya que el proceso de tinte requiere que se caliente la solución, pueden salir vapores dependiendo de lo que contenga el baño de tinte. En nuestros ensayos, algunas marcas desprenden olores mucho más perceptibles que otros, pero en todos los casos se recomienda encarecidamente disponer de una ventilación adecuada. El tinte RIT ProLine tuvo menos olores perceptibles que otras marcas.

El color de las impresiones teñidas puede degradarse con el tiempo cuando las piezas se exponen a la luz o al agua. Estas propiedades se conocen como solidez del color a la luz y solidez del color al lavado, respectivamente. El tinte puede desprenderse en ambientes húmedos si las piezas no se lavan adecuadamente después de teñirlas. Si deseas información, consulta el apartado de Lavado en la sección Después del tinte. Aunque las piezas impresas se laven y se sequen correctamente después del tinte, pueden desteñirse igualmente. A temperaturas elevadas o cuando se realizan lavados frecuentes, esta decoloración se acelerará. También es de esperar que se produzca decoloración con una exposición prolongada a la luz solar o a la radiación UV.

Cualquier forma de protección UV, como un revestimiento transparente resistente a la radiación UV, puede ayudar a mejorar la solidez del color a la luz. Marcas como Krylon y Rustoleum están disponibles en muchas tiendas y son rentables. En los ensayos, se observó que el Nylon 12 White Powder teñido con el tinte negro RIT ProLine mantenía un color constante tras el equivalente a pasar una semana a la luz del sol. Del mismo modo, las impresiones teñidas se decoloraron un ~3 % (casi al límite de la percepción humana típica) tras sumergirlas en agua a 60 ˚C durante seis horas. Se observó que se desprendía una cantidad notable de tinte de estas impresiones, manchando el agua en la que se estaban mojando, así como la piel o los tejidos que entraban en contacto con ellas.

^{El tinte es ideal tanto para el prototipado funcional como para la producción de piezas de uso final con colores personalizados que se ajusten a la estética de una marca.}