¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D — técnicamente "fabricación aditiva" — construye un objeto físico añadiendo material capa a capa a partir de un modelo CAD digital, lo contrario de los métodos sustractivos como el fresado o el torneado, que retiran material. El tipo más común, FDM, funde un filamento termoplástico y lo deposita capa a capa.

La impresión 3D también se enmarca en la "fabricación digital": la fabricación de objetos físicos mediante herramientas controladas por ordenador. La fabricación digital requiere un modelo CAD de la pieza a fabricar y una máquina CNC. Su opuesto, la fabricación sustractiva, retira material usando máquinas como tornos y fresadoras.

Historia

El origen de la impresión 3D se remonta a la década de 1980, cuando el Dr. Kodama, del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya, ideó una técnica para fabricar un objeto capa a capa. Con el tiempo, el fundador de 3D Systems, Chuck Hull, presentó la primera patente comercial en 1984 para una técnica llamada "estereolitografía", ahora conocida como SLA. Esta técnica consiste en crear un objeto capa a capa curando una resina fotosensible mediante un haz de luz dirigido.

Estereolitografía (SLA)

Dos años después, el profesor Carl Deckard, de la Universidad de Texas, presentó una patente para el sinterizado selectivo por láser o SLS, que funde un polvo plástico con ayuda de un láser para formar las distintas capas de la pieza. Al mismo tiempo, Scott Crump, fundador del grupo Stratasys, desarrolló una de las primeras impresoras 3D de filamento fundido. Esta técnica se llamó FDM y es actualmente la más utilizada en todo el mundo.

Sinterizado selectivo por láser (SLS)

Modelado por deposición fundida (FDM)

La fabricación aditiva siguió creciendo y desde la década de 1990 han aparecido nuevas técnicas de fabricación, como el moldeo por inyección de aglutinante y PolyJet. En la década de 2000 apareció lo último en fabricación aditiva: la impresión 3D de piezas metálicas, que sería una modificación del ya conocido SLS pero sustituyendo el plástico por metal, y la fusión por haz de electrones, muy similar a la anterior pero que sustituye el láser por un haz de electrones, fundiendo así el metal de forma más controlada.

FDM vs FFF

Como se ha mencionado antes, este tipo de tecnología de fabricación aditiva deposita un material termoplástico capa a capa para fabricar un objeto. Este trabajo se basa principalmente en esta tecnología por ser la más sencilla y, por tanto, la más extendida en todo el mundo.
Hay varios tipos de máquinas dentro de esta tecnología; la diferencia fundamental entre ellas es el sistema de coordenadas que utilizan. Podemos clasificarlas así:

Cartesianas

El sistema de coordenadas más utilizado del mercado. Usa 3 ejes ortogonales para el movimiento.

Impresora 3D cartesiana MKS3 de Prusa

Delta

Una impresora Delta se basa en coordenadas cilíndricas para su movimiento, y necesita al menos dos motores sincronizados para producir una línea recta. La pieza que se construye permanece estática durante todo el proceso de fabricación.

Impresora 3D Delta de Anycubic

Polares

Las polares, como su nombre indica, usan coordenadas polares para el posicionamiento. La diferencia respecto a las impresoras delta es que la pieza puede girar sobre su eje vertical.

Impresora 3D polar de Polar 3D

Brazos robóticos

Brazos robóticos, en cuyo extremo se monta el cabezal y que, por tanto, pueden tener varios grados de libertad.

Impresora 3D de brazo robótico

Impresoras 3D híbridas

Impresoras híbridas, capaces de alojar distintos cabezales tanto para fabricación aditiva como sustractiva. Estas máquinas quedarían fuera de esta clasificación fundamental, ya que su sistema de coordenadas puede ser cualquiera de los anteriores.

Impresora 3D híbrida de Snapmaker

Dentro de esta clasificación existe un número infinito de impresoras 3D con distintas características y capacidades.

Otra clasificación sería según el sistema de extrusión, que puede ser bowden o directo. El sistema bowden tiene el extrusor y el hotend separados por un tubo de PTFE; mientras que en el sistema directo ambas partes están unidas y el tubo de PTFE no es necesario.

Sistema de extrusión de la impresión 3D

Ambos sistemas de extrusión pueden tener la capacidad de imprimir con uno o varios materiales a la vez; esto se llama multiextrusión. Hay dos tipos: los que comparten el mismo hotend y los que tienen distintos extrusores, uno por cada material.

Diamond Hotend de RepRap

Doble extrusión de Geetech

Entre las que comparten hotend podemos encontrar la multiextrusión propuesta por el fabricante Prusa3d, que tiene un selector de material y un único hotend. Este sistema ralentiza mucho el proceso de impresión, además de añadir una complicación extra a la hora de la calibración, ya que es necesaria una calibración muy minuciosa para que funcione correctamente.

MMU 2.0 de Prusa

A su vez, dentro de la multiextrusión independiente, podemos encontrar un sistema llamado IDEX. Este tiene la particularidad de que sus extrusores se mueven de forma independiente en un eje, normalmente el eje X, logrando mayor precisión y mayor capacidad para combinar distintos materiales. Además, tiene la capacidad de duplicar la pieza construida en la misma impresión gracias a la independencia de ambos extrusores.

Impresora 3D IDEX (Epsilon) de BCN3D

Para terminar con la multiextrusión, cabe mencionar que el fabricante británico e3d lanzó el llamado "toolchanger", una impresora 3D capaz de cambiar automáticamente su cabezal como si fuera un sistema industrial de mecanizado CNC, permitiendo imprimir distintos materiales e incluso cambiar parámetros de impresión.

Toolchanger de e3d

Preguntas frecuentes

¿Qué es la impresión 3D en términos sencillos?

La impresión 3D es una forma de fabricar un objeto sólido construéndolo en capas finas a partir de un diseño digital, en lugar de cortarlo o moldearlo. Como el material se añade en vez de retirarse, también se llama fabricación aditiva.

¿Cuál es la diferencia entre FDM y FFF?

Describen el mismo proceso: fundir un filamento termoplástico y depositarlo capa a capa. FDM (Fused Deposition Modelling) es el término registrado por Stratasys, mientras que FFF (Fused Filament Fabrication) es el nombre libre de marca usado ampliamente en el mundo del código abierto y las impresoras de consumo.

¿Cuáles son los principales tipos de impresión 3D?

El más común es FDM/FFF, que funde filamento. La SLA cura resina fotopolimérica líquida con luz, y la SLS funde polvo con un láser. También existen procesos metálicos como la SLS de metal y la fusión por haz de electrones. El FDM es el más extendido por ser el más sencillo y asequible.

¿Con qué tecnología de impresión 3D debería empezar un principiante?

El FDM es el punto de partida habitual: las máquinas y los materiales son asequibles, fáciles de manejar y están bien documentados. Un buen siguiente paso es elegir una primera impresora y aprender qué filamento se adapta a tu proyecto.

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Sobre el autor
Sergio Peciña es Ingeniero Eléctrico y Electrónico titulado e Ingeniero de Diseño Técnico de Eolas Prints, con más de 10 años de experiencia en impresión 3D. Fundó los espacios maker de la Universidad de La Rioja y del IDIVAL en Santander. Todos los filamentos de Eolas Prints se fabrican en sus instalaciones de Cantabria, España, conforme a las normas ISO 9001 e ISO 14001.

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