Guía sobre impresión 3D por estereolitografía (SLA)

La impresión 3D SLA usa una fuente de luz para curar resina líquida y convertirla en objetos tridimensionales, exponiendo un tanque de resina a una fuente de luz que endurece la resina. Las impresoras 3D SLA tradicionales que funcionan de arriba abajo posicionaban esa fuente de luz encima del tanque de resina líquida. La estereolitografía invertida, introducida en 2011 por los cofundadores de Formlabs Max Lobovsky, David Cranor y Natan Linder, coloca la fuente de luz debajo del tanque de resina; la sección transversal se traza en la capa más inferior de la resina, que se rellena a medida que la base de impresión se eleva y permite que la resina líquida fluya debajo de la capa curada anteriormente.

Hubo varias innovaciones importantes detrás de la invención de la estereolitografía invertida, como el tanque de resina con fondo transparente (que acabaría siendo flexible). El nuevo diseño del tanque hizo posible la creación de impresoras 3D de SLA invertida más grandes, porque las fuerzas de separación de las piezas quedaban mitigadas por la superficie flexible.

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

En la última década, se han desarrollado varios tipos nuevos de procesos de impresión 3D con resina, que se diferencian principalmente por el tipo de fuente de luz que usan. Esos tipos incluyen: la estereolitografía (SLA) basada en láseres, el tratamiento digital de la luz (DLP) o la estereolitografía enmascarada (MSLA, que con frecuencia también se utiliza de forma intercambiable con la impresión 3D LCD).

Independientemente de la dirección desde la que llegue la luz o el tipo de fuente de luz, el proceso de trabajo de la impresión 3D SLA es sencillo. Cuando la pieza termina de imprimirse, hay un paso necesario de lavado en alcohol o éter para eliminar la resina líquida sobrante de la superficie de la pieza. A continuación, en función del material que se esté utilizando, puede ser necesario un paso de poscurado para completar la polimerización de la pieza, ayudándola a alcanzar las propiedades óptimas de su material. Se pueden usar otros métodos de posacabado como el coloreado, los revestimientos o galvanizados para adaptar las piezas a usos o estéticas específicos.

El proceso de impresión 3D SLA apareció por primera vez a principios de la década de los 80, 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 3D Systems para comercializarla. Hull describió el método como la creación de objetos tridimensionales "imprimiendo" sucesivamente capas delgadas de material curable por luz ultravioleta. Estas primeras impresoras 3D SLA era sistemas industriales de gran tamaño, con precios que a menudo superaban los 100 000 € y que requerían una infraestructura y un mantenimiento complejos. 

Sin embargo, la impresión 3D SLA no fue la primera tecnología de impresión 3D en ganar popularidad. Cuando las patentes de diferentes tipos de tecnologías de impresión 3D empezaron a caducar a finales de los 2000, la introducción de las impresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM) de pequeño formato expandió el acceso a la fabricación aditiva. Aunque esta tecnología asequible basada en la extrusión dio pie a la primera oleada de adopción y difusión generalizada de la impresión 3D, la impresoras 3D FDM no satisfacían el espectro completo de las necesidades de los profesionales.

Formlabs lanzó la Form 2 en 2015, y con el posterior lanzamiento de una gama más amplia de materiales, la impresión 3D SLA se convirtió en una herramienta mucho más accesible y útil para los profesionales en distintos entornos. En 2019, Formlabs introdujo la Low Force Stereolithography™ (LFS) con las impresoras 3D SLA Form 3 y Form 3L, que usan tanques de resina de fondo flexible para reducir drásticamente las fuerzas que soportan las piezas curadas al despegarlas de la parte inferior del tanque.

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 otros sectores. 

A medida que crecieron sus aplicaciones, la tecnología se volvió más popular y más usuarios la aceptaron. Hoy en día, la estereolitografía es una de las tres tecnologías más establecidas para la impresión 3D de plásticos, siendo las otras dos el modelado por deposición fundida (FDM) y el sinterizado selectivo por láser (SLS). Sucesivas iteraciones han convertido a las máquinas de la serie Form en las impresoras 3D resina profesionales líderes en el mundo, con 140 000 unidades vendidas y más de 400 millones de piezas impresas hasta 2024.

En 2024, Formlabs llevó la impresión 3D de resina potente y accesible un paso más allá al lanzar la impresora de escritorio Form 4 y su versión biocompatible, la Form 4B, así como las impresoras 3D de resina de gran formato Form 4L y Form 4BL. Las versiones más nuevas de las impresoras 3D de resina de la serie Form de Formlabs se basan en un motor de impresión MSLA de última generación, llamado Low Force Display™ (LFD).

La accesibilidad y el precio económico de las unidades de alta potencia para el escritorio y el banco de trabajo ha hecho posibles nuevos modos de producción. Las empresas pueden escalar poco a poco la productividad de la impresión 3D, traer a su lugar de trabajo la cadena de suministro y aumentar la flexibilidad y la adaptabilidad frente a momentos de incertidumbre en el mercado. Al añadir nuevos materiales, las empresas pueden acceder a nuevas aplicaciones.

El núcleo del motor de impresión LFD es la unidad de retroiluminación. La fuente de luz de alta potencia usa luces led y lentes colimadoras para emitir una proyección de luz en área uniforme. La luz pasa a través del conjunto de lentes, con lo que se vuelve más colimada (es decir, más paralela) y uniforme, con lo que se eliminan los puntos demasiado oscuros o brillantes.

Desde aquí, la luz pasa a través de la Light Processing Unit (LPU) 4, donde hay filtros y máscaras que dan a la luz la forma de la capa impresa. Cuando la luz alcanza la resina líquida dentro del tanque, toda la zona se convierte en una capa sólida. A continuación, la base de impresión se alza fuera de la resina y un eje Z de precisión separa la capa del fondo del tanque de resina.

En el pasado, las fuerzas de separación de capa han sido un gran obstáculo para la impresión 3D de resina, que obligaba a los usuarios a sacrificar la calidad de la pieza, la fiabilidad o la velocidad de impresión a la hora de elegir una impresora. Con la Form 4 y la Form 4L, las fuerzas de separación se minimizan utilizando un tanque de resina con película flexible y una nueva textura de liberación, una película óptica microtexturizada patentada que evita que la succión adhiera el tanque de resina a la LPU.

Usa cualquier software de diseño asistido por ordenador (CAD) o datos de escaneo 3D para diseñar tu modelo y expórtalo en un formato de archivo imprimible en 3D (STL u OBJ). A continuación, importa el diseño digital en el software de preparación de impresiones para especificar los ajustes de impresión y dividir el modelo digital en capas para imprimirlo. PreForm, el software de preparación de impresiones de Formlabs, se puede descargar de forma gratuita y puede crear soportes y orientaciones de impresión de forma automatizada. 

Puede que a los usuarios más avanzados les interese diseñar específicamente para SLA o dar pasos como crear piezas huecas para ahorrar material.

El software de preparación de impresiones enviará la pieza a la impresora, normalmente, mediante una conexión de internet inalámbrica, USB o Ethernet. 

Las impresoras de SLA invertida usan tanques y bases de impresión extraíbles que facilitan los cambios de material e iniciar una nueva impresión. Impresoras SLA más avanzadas como la serie Form de Formlabs también usan un sistema de cartuchos que repone el material automáticamente durante la impresión. Esto significa que después de una confirmación rápida de si los ajustes son los correctos, comienza el proceso de impresión y la máquina puede funcionar sin vigilancia hasta que la impresión termine.

Con las impresoras 3D SLA de Formlabs, la plataforma en línea Dashboard permite gestionar de forma remota las impresoras, los materiales y los equipos.

Después de retirar las piezas impresas de la base de impresión, requieren un lavado en alcohol isopropílico o éter para eliminar la resina sin curar de su superficie. La Form Wash de Formlabs y su versión de gran formato, la Form Wash L, se han diseñado para optimizar el proceso de lavado, eliminando con facilidad la resina sobrante y acortando el tiempo total de posacabado.

Después de que las piezas lavadas se sequen, algunos materiales requieren un poscurado, un proceso que ayuda a mejorar la resistencia y el rendimiento de las piezas y ayuda a que alcancen las propiedades óptimas de sus materiales. La Form Cure de Formlabs y su versión de gran formato, la Form Cure L, controlan con precisión la temperatura y la luz para ofrecer un curado uniforme de alta intensidad.

Por último, retira los soportes de las piezas y lija las marcas que dejen para obtener un acabado limpio. Las piezas impresas mediante SLA se pueden mecanizar, imprimar, pintar y ensamblar con facilidad para aplicaciones o acabados concretos.

Algunas piezas también pueden beneficiarse de otros pasos, como lijados, revestimientos, galvanizados o granallados. Estos métodos de posacabado avanzados para impresiones 3D de resina pueden obtener una gran variedad de resultados, como hacer que las piezas estén mejor preparadas para usarse en exteriores al protegerlas de la radiación UV o aumentar la resistencia mecánica de una pieza galvanizándola con metal o con una solución de revestimiento cerámica como el Cerakote.

Cuando los resultados de esa velocidad se acumulan día a día y semana tras semana, el aumento de la productividad es extraordinario. La Form 4 y la Form 4L ahora pueden igualar la velocidad de tecnologías de alto rendimiento como el moldeo por inyección. Imprimir con las cámaras de impresión totalmente llenas durante varias horas, varias veces al día, puede igualar la productividad de una máquina de moldeo por inyección de volumen medio, sin los elevados costes iniciales del utillaje.

Las resinas para SLA son increíblemente versátiles, y hay cientos de fórmulas diferentes disponibles. Pueden ser blandas o duras, 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 a los impactos. Estos materiales pueden estar pensados expresamente para un sector concreto, como los destinados a las prótesis dentales, o estar diseñados para parecerse mucho a los materiales finales, como en el caso del prototipado. Su formulación les permite soportar ensayos rigurosos y tener un buen rendimiento si se ven sometidos a diversos esfuerzos.

Muchos fabricantes de impresoras SLA también formulan y fabrican sus propias resinas para usarlas en un sistema cerrado, aunque algunas ofrecen una plataforma abierta para poder usar cualquier resina, mientras que otras usan resinas de otras empresas como marcas blancas.

Ya que estas resinas están formuladas específicamente para impresoras 3D SLA, no son totalmente equivalentes a termoplásticos conocidos como el nylon o el ABS, que se usan en métodos tradicionales de fabricación de plásticos, como el moldeo por inyección. Aunque saber qué resina es mejor para una aplicación específica puede requerir ensayos y considerar fichas de datos y guías de aplicación, existe una resina para SLA para casi cualquier aplicación. La enorme variedad de propiedades mecánicas y estéticas disponibles hacen que sea fácil crear un proceso de trabajo optimizado y eficiente.

La precisión y la fiabilidad son cruciales para todo tipo de sectores, desde la fabricación hasta la odontología, y la impresión SLA es una de las soluciones de impresión 3D más precisas del mercado actual.

La precisión indica con cuánta fidelidad se reproducen las dimensiones del modelo en CAD, mientras que la fiabilidad se define como la capacidad de producir las mismas dimensiones de forma repetible. Si comparamos las impresoras 3D SLA profesionales con la precisión del mecanizado, podríamos decir que su precisión se sitúa entre la del mecanizado estándar y el mecanizado de precisión. Sin embargo, la precisión varía de un fabricante de impresoras 3D de resina a otro y puede depender del tipo de fuente de luz que se utiliza para curar la resina, la calidad de los componentes y la ingeniería y la calibración que intervienen en hacer que esos componentes funcionen juntos. La precisión también depende del material, ya que los materiales rígidos son más precisos y fáciles de imprimir que los materiales flexibles.

Por ejemplo, la Form 4/B y la Form 4L/4BL pueden imprimir la Precision Model Resin, un material de alta precisión para crear modelos de restauración dental que recreen un modelo digital con un margen de error igual o inferior a 100 μm en más de un 99 % de la superficie impresa. Con modelos de gran tamaño (con relieves y detalles de 81-150 mm), las tolerancias dimensionales típicas en XY son de ±0,3 % (límite inferior: ±0,15 mm) si se usa la Grey Resin.

El entorno de impresión calentado y cerrado de las impresoras 3D SLA de Formlabs 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.

El motor de impresión LFD de la Form 4 y la Form 4L, con la pantalla de cristal líquido de alta resolución y las lentes colimadoras incluidas en la LPU 4, crea secciones transversales hiperprecisas de cada pieza. Las bajas fuerzas de separación, que son posibles gracias a la textura de liberación y al tanque de resina con película flexible de los que dispone el sistema, hacen que la precisión sea repetible y se creen piezas muy fieles y precisas.

Las impresoras 3D SLA se consideran la referencia de calidad para crear piezas con acabados de la superficie lisos y detalles precisos. Es fácil que las piezas de resina impresas en 3D tengan un aspecto comparable a los resultados de métodos de fabricación tradicionales como el moldeo por inyección, sin que apenas haga falta posacabado. En cambio, las piezas impresas en 3D mediante FDM tienen con frecuencia líneas de capa visibles, y las piezas muestran a menudo una textura granulosa y ligeramente rugosa en la superficie. 

La calidad de la superficie de las piezas impresas en 3D mediante SLA permite crear productos de uso final que tienen el aspecto y el tacto de los bienes de consumo producidos en masa. También hace posible llevar a cabo procesos secundarios como el utillaje rápido.

Además, las impresoras 3D SLA también pueden obtener detalles más precisos y con un tamaño mínimo más pequeño que el de los detalles de las impresoras 3D FDM, que son comparables a los de las impresoras 3D SLS. En las impresoras 3D de resina, la luz se puede controlar para trazar formas más precisas que las que permite un extrusor de filamento y, por lo tanto, con ellas se pueden crear detalles más pequeños o paredes más delgadas. Y dado que las fuentes de luz de SLA pueden ser de menor potencia que los láseres necesarios para fundir el polvo de las impresoras 3D SLS, las máquinas SLA pueden curar con mayor precisión y crear detalles más pequeños.

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.

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.

También hay una gran demanda de pequeñas cantidades de piezas estancas al agua y al gas en diversos sectores, como el de la investigación marina, la robótica submarina, la ingeniería de tecnologías sostenibles, la industria del petróleo y el gas y la industria militar. Aunque algunas tecnologías de impresión 3D ofrecen una solución ideal para estas piezas, la percepción común de las piezas fabricadas de forma aditiva es que son porosas y no se pueden utilizar en entornos presurizados.

Sin embargo, esta presuposición se ha desmentido por completo. Las impresoras SLA pueden crear recintos estancos y piezas completamente impermeables. Organismos como la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica (NOAA) de EE. UU. y la Universidad de Rhode Island han hecho avances increíbles en la investigación marina al integrar equipamiento de ensayo e investigación impreso en 3D mediante SLA, de forma económica y con gran calidad.

Las Resinas de Uso General de Formlabs se han formulado para ofrecer velocidad y resultados uniformes con los que crear piezas para diversas aplicaciones y sectores. Con usos como piezas mates en escala de grises para prototipos de revisión de diseño o piezas transparentes impresas con la Clear Resin para modelos y moldes, las Resinas de Uso General son uno de los pilares de la impresión 3D SLA. Las Resinas de Uso General más nuevas de Formlabs, desarrolladas para la Form 4, permiten alcanzar un nuevo nivel de velocidad, propiedades mecánicas y resolución. Sin ir más lejos, la Fast Model Resin puede imprimirse a velocidades de 100 mm por hora, mientras que la Grey Resin tiene una resistencia a los impactos un 30 % mayor.

Las resinas para ingeniería de Formlabs se han formulado para responder a necesidades específicas en procesos de trabajo para ingeniería y fabricación, y abren la posibilidad de nuevas aplicaciones, optimizan las operaciones y simplifican los ensayos en condiciones reales. Estos materiales están diseñados para igualar o superar las capacidades de materiales habituales del sector, como el ABS, la silicona o el PEEK. Incluyen materiales extremadamente rígidos, materiales robustos que pueden soportar impactos o materiales blandos y flexibles que se pueden doblar y flexionar a lo largo de ciclos repetidos. Los materiales especializados únicos incluyen resinas antiestáticas o ignífugas, así como materiales técnicos que no han estado accesibles anteriormente para la impresión 3D de escritorio, como la impresión 3D de verdadera cerámica y silicona.

Para los profesionales de la odontología, los ecosistemas de Formlabs ofrecen un proceso de trabajo todo en uno y simplificado que promete piezas precisas en cada impresión, sin que hagan falta modificaciones ni calibraciones. Desde los grandes laboratorios y clínicas con múltiples tipos de aparatos que fabricar a operaciones más pequeñas que se especializan en indicaciones concretas, la Form 4B y el catálogo de resinas para odontología ofrecen soluciones para todos. 

Las resinas BioMed de Formlabs están diseñadas para profesionales de la sanidad que buscan materiales médicos que sirvan para una amplia gama de aplicaciones en las que el rendimiento y la biocompatibilidad son cruciales. Los materiales de la familia de resinas BioMed se desarrollan y fabrican en unas instalaciones con certificación ISO 13485 y son compatibles con los métodos de desinfección y esterilización comunes.

Las resinas para joyería de Formlabs están diseñadas para reproducir con fidelidad engastes y perfiles definidos, cuerpos lisos y pulidos, y detalles superficiales delicados. Permiten a cualquier taller de joyería, desde minoristas y diseñadores que producen joyería a medida hasta las grandes fundiciones que fabrican a gran escala, producir piezas de prueba para los clientes, joyería personalizada lista para la fundición o patrones maestros para moldes de joyería reutilizables.

La impresión 3D SLA puede ayudar a las empresas a eliminar los costes elevados y los largos tiempos de espera asociados con la externalización o con métodos alternativos más complicados como el mecanizado. Con la impresión 3D, no es necesario invertir en utillaje e instalaciones caras. El mismo equipamiento se puede usar para producir rápidamente geometrías distintas.

La impresión 3D in situ puede tener un aspecto distinto para diferentes tipos de profesionales. Muchas grandes empresas, como Microsoft o Rivian, deciden trabajar con talleres de servicios internos, en un modelo en el que ingenieros, diseñadores y equipos de fabricación piden piezas a un laboratorio centralizado. Otras empresas, sobre todo las que están centradas en el diseño y las iteraciones y tienen un personal con mucha experiencia en CAD, prefieren un enfoque descentralizado con una impresora en el escritorio de cada diseñador. Las máquinas de escritorio accesibles y asequibles como la Form 4 hacen posible este tipo de procesos de trabajo y pueden presentar soluciones ágiles para un personal y un entorno de oficina que están en constante cambio. 

Sea centralizada o descentralizada, la impresión 3D in situ da a los empleados un mayor control sobre sus procesos de trabajo y reduce los costes y las incertidumbres para toda la empresa. 

En función del número de piezas y del volumen de impresión, una impresora 3D de pequeño formato puede amortizarse incluso en meses. 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. 

Para facilitar la gestión de múltiples impresoras 3D de resina, los clientes de Formlabs tienen acceso a dos plataformas de software. Dashboard es una plataforma de software gratuita que ayuda a monitorizar las impresoras y a optimizar la gestión. Si necesitas más capacidades o herramientas de gestión avanzadas, Fleet Control usa la automatización para asignar impresiones de forma automática y hacer que gestionar múltiples impresoras sea más eficiente.