Ya sea que esté pensando en imprimir juntas flexibles o piezas aerodinámicas rígidas, SLA o estereolitografía (un término general para la impresión con resina ) es una herramienta que necesita conocer y comprender.
En comparación con FDM o FFF, la SLA ofrece una accesibilidad relativamente similar, con muchas impresoras y materiales asequibles para el consumidor. Sin embargo, la resina suele ser más cara que el filamento, y si bien SLA y FDM presentan algunas similitudes en sus usos, las propiedades de los materiales son lo suficientemente diferentes como para adaptarse a distintas aplicaciones. Esto significa que la SLA permite lograr resultados imposibles con FDM y viceversa. Más importante aún, los fundamentos que impulsan el éxito de la impresión son diferentes, y las estrategias de orientación que funcionan perfectamente con FDM pueden provocar fallos totales con SLA.
¿Deberían sus impresiones 3D ser planas o inclinadas? ¿Enlace químico vs. adhesión de capas? ¿Por qué las decisiones en torno a estos factores, entre otros, determinan el éxito o el fracaso de su impresión SLA? Analicemos el artículo y averigüémoslo todo.
En este artículo: ¿Qué es SLA? | Cómo funciona la impresión con resina | Tipos de impresora | Métricas importantes | Flujo de trabajo de SLA | Mejores ajustes de impresión | Orientación y soportes | Opciones de resina
¿Qué es SLA?
La impresión con resina SLA se enmarca en la categoría de fabricación aditiva conocida como «fotopolimerización en cuba». Esto significa que, al exponerse a la luz, se produce una reacción química y la resina se cura, endureciéndose y solidificándose. Por ello, la resina debe mantenerse alejada de la luz solar para conservar su estado líquido.
Las resinas SLA son materiales termoendurecibles. Los enlaces químicos que se forman durante el curado pueden proporcionar fuertes propiedades mecánicas y buena resistencia al calor, pero si la resina curada se expone a un calor excesivo, puede degradarse y volverse quebradiza.
En comparación con las impresiones FDM, las piezas SLA presentan propiedades mecánicas más isotrópicas, ya que la unión química entre capas reduce los problemas de adhesión. Sin embargo, las piezas SLA tienden a ser más frágiles.
Cómo funciona la impresión con resina SLA
La mayoría de las impresoras de resina para consumo utilizan un enfoque SLA invertido, lo que significa que la plataforma de impresión está prácticamente invertida y se mueve hacia arriba durante la impresión. Esta disposición permite impresoras de consumo más pequeñas en comparación con las máquinas originales con la impresión vertical.
El proceso comienza con la plataforma de construcción sumergida en una piscina de resina líquida llamada cuba. Una fuente de luz bajo la cuba cura la sección transversal de una fina lámina de la pieza sobre la plataforma. A continuación, la plataforma asciende y se cura la siguiente lámina, construyendo la pieza capa por capa hasta completarla.
Un componente clave del sistema es la película desprendible flexible ubicada en el fondo del tanque, comúnmente llamada película FEP. La capa superior de resina se adhiere a esta película durante el curado y, a medida que la plataforma de construcción se mueve, la capa debe desprenderse. La baja tensión superficial de la película ayuda a minimizar la fuerza de desprendimiento, mejorando la fiabilidad y ayudando a lograr un acabado superficial liso.
Tipos de impresoras SLA
Existen tres tipos comunes de impresión con resina SLA: SLA láser, MSLA y DLP. Los fundamentos son similares en las tres, pero el motor de impresión bajo el tanque es la principal diferencia:
- La SLA tradicional basada en láser utiliza un láser para curar cada capa. Estos sistemas pueden lograr resultados muy precisos y un excelente acabado superficial, pero suelen ser más lentos.
- El DLP utiliza un proyector que se refleja a través de una matriz de microespejos en un chip semiconductor. Cada microespejo representa un píxel en la imagen proyectada que se utiliza para curar cada capa. Dado que el DLP puede proyectar la sección transversal completa de una capa en un instante, es un método mucho más rápido que los sistemas láser.
- La MSLA utiliza una serie de fuentes de luz, generalmente LED, y enmascara secciones de la luz para que solo la sección transversal deseada cure cada capa. El término LCD se usa comúnmente indistintamente con MSLA, ya que la mayoría de las impresoras de resina de consumo utilizan una pantalla LCD como máscara.
Métricas de rendimiento del SLA que importan
Como cualquier máquina CNC, las impresoras de resina abarcan una amplia gama de precios. Muchas impresoras para consumidores y aficionados cuestan entre unos pocos cientos y unos 1000 USD y son capaces de producir resultados muy útiles. Los equipos profesionales pueden costar miles o decenas de miles, y las unidades industriales pueden costar mucho más. También es posible acceder a máquinas de alta gama a través de servicios de impresión en lugar de comprarlas en propiedad.
Uno de los principales costos continuos es la resina, cuyo costo suele ser de dos a cuatro veces mayor que el de la mayoría de los filamentos FDM, con un valor aproximado de 100 USD por kilogramo. Aunque las máquinas tienen precios similares, la impresión con resina suele ser más cara en cuanto a consumibles.
La resolución y el acabado de la superficie son las principales razones por las que las personas eligen la impresión con resina, y exactamente por eso tenemos una impresora SLA en High Performance Academy.
El acabado de la superficie está fuertemente influenciado por el proceso central y la unión química entre las capas, pero la impresora, la elección de resina y la resolución también importan.
Los sistemas láser pueden crear bordes curvos muy suaves gracias al punto redondo del láser, mientras que los sistemas DLP y LCD proyectan a través de píxeles. Históricamente, esto podía generar escalonamiento (que es probablemente el aspecto que la mayoría de la gente imagina en una pieza impresa en 3D), pero las pantallas y proyectores modernos de alta resolución han reducido significativamente este efecto.
Los fabricantes pueden describir la resolución LCD como 4k, 6k, 8k o incluso 12k, pero esto no tiene en cuenta el tamaño de la pantalla.
Una pantalla más grande con la misma cantidad de píxeles tendrá una peor resolución por área, por lo que la "resolución XY" es más importante. En el caso de DLP y LCD, esto se relaciona con el tamaño del píxel o microespejo y la característica reproducible más pequeña en una capa. La resolución Z se determina por la altura mínima de la capa imprimible, y una altura de capa menor aumenta el detalle y el acabado superficial, pero también aumenta el tiempo de impresión y la probabilidad de errores.
El volumen de impresión es otra métrica clave. A diferencia de la FDM, donde el volumen suele expresarse en forma de cubo, las impresoras MSLA suelen especificarse en tres dimensiones distintas, como 218 x 123 x 235 mm, que representan el ancho X, la profundidad Y y la altura Z.
La mayoría de las impresoras que se adaptan a nuestras necesidades en HPA (y probablemente a las suyas también) suelen tener menos de 300 mm en cada dimensión. Como siempre, un mayor volumen de impresión solo es beneficioso si realmente lo necesita y tiene espacio para la máquina.
Los materiales imprimibles también varían entre impresoras. Muchos fabricantes venden sus propias resinas calibradas para sus máquinas, lo que suele ofrecer mejores resultados. Algunas impresoras admiten resinas de terceros a través de plataformas abiertas, lo cual puede ser útil, pero en algunos casos puede comprometer las propiedades. Antes de comprar una impresora, le recomendamos encarecidamente revisar la hoja de especificaciones y confirmar que sea compatible con los tipos de resina que desea utilizar.
Flujo de trabajo del SLA
El flujo de trabajo, desde un modelo 3D hasta una pieza SLA impresa, implica primero los archivos de malla y el software de corte. El software de corte crea imágenes para cada capa que se curará, en lugar de generar una trayectoria de herramienta. El software también controla los parámetros de impresión y los requisitos de soporte.
Tras el corte, los archivos suelen exportarse como un archivo CTB que contiene las imágenes de la sección transversal de la capa. Este archivo se puede cargar en una memoria USB y utilizar en la impresora. Tras la impresión, la pieza y los soportes se retiran de la plataforma de impresión.
La pieza impresa debe limpiarse para eliminar el exceso de resina sin curar. La limpieza puede realizarse con agua, aunque generalmente se recomienda alcohol isopropílico para disolver la resina sin curar. Las estaciones de limpieza especializadas pueden agitar el líquido limpiador para mejorar la eficiencia, y las piezas suelen poscurarse con luz UV para garantizar que alcancen sus propiedades finales.
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Configuraciones de impresión SLA que controlan la calidad
La configuración de impresión en SLA puede tener un impacto significativo en los resultados.
En comparación con un método como el FDM, los ajustes suelen ser más sencillos y tienen menos variables, especialmente en cuanto a la temperatura. En cambio, el tiempo de exposición es el control principal. Este es el tiempo que cada capa permanece expuesta a la luz, lo que afecta directamente al curado.
Se requiere un equilibrio, ya que tanto la subexposición como la sobreexposición son posibles. Las primeras capas suelen exponerse durante más tiempo para crear una base sólida que se adhiera a la plataforma de construcción.
Para el resto de la impresión, las capas pueden estar ligeramente subexpuestas para que la siguiente capa pueda formar una unión química. En esta etapa, la pieza está sólida pero no completamente endurecida, conocida como estado verde, donde la polimerización aún no está completamente completa. Se requiere un poscurado con luz UV para lograr las propiedades finales.
La altura de la capa afecta los detalles y el acabado de la superficie; las alturas de capa más pequeñas mejoran los detalles pero aumentan el tiempo de impresión y el riesgo de errores, por lo que es mejor reservarlas para piezas muy detalladas.
La velocidad de elevación se refiere a la rapidez con la que la plataforma de impresión se mueve entre capas. Una elevación más rápida reduce el tiempo de impresión, pero aumenta la fuerza sobre la película desprendible, lo que acorta su vida útil y aumenta el riesgo de fallos de impresión o problemas de acabado superficial.
Orientación y soportes de impresión SLA
La orientación de la impresión es uno de los aspectos más importantes en SLA, ya que afecta considerablemente el éxito de la impresión, el acabado superficial y la precisión dimensional. Dado que las piezas de resina forman enlaces químicos entre capas, la orientación tiene un menor impacto en la resistencia en comparación con técnicas como FDM.
Un objetivo fundamental es minimizar la fuerza de desprendimiento sobre la película. Esto se logra principalmente reduciendo el área transversal de cada capa y evitando formas que actúen como ventosas. Es mejor evitar las superficies planas grandes orientadas hacia la película, especialmente cuando el acabado superficial es importante.
También se deben considerar los soportes. Estos mantienen la pieza estable durante la impresión, pero al retirarlos, dejan marcas. Es posible ajustar la densidad, el tamaño y la ubicación de los soportes, y a menudo se pueden alejar de las características importantes.
Opciones de resinas de impresión SLA
Las opciones de materiales de resina pueden parecer inicialmente limitadas en comparación con lo que vemos con los filamentos FDM, pero hay una amplia gama disponible para diferentes aplicaciones, y la forma más sencilla de entender la selección de resina es mediante el tipo de resina comercializada y las propiedades previstas.
Para nuestro enfoque en la automoción, las resinas de uso general y de ingeniería son las más relevantes. Existen numerosas variaciones dentro de estas dos categorías, cada una con diferentes atributos que se adaptan a su caso de uso. A continuación, se muestran algunos ejemplos:
- La resina lavable con agua es similar a la resina estándar, pero se puede limpiar con agua en lugar de alcohol isopropílico y, generalmente, a un precio más elevado.
- Las resinas de precisión están diseñadas para una baja contracción durante el curado, lo que mejora la precisión.
- Las resinas rápidas priorizan la velocidad y la eficiencia de impresión sobre el acabado de la superficie.
- Las resinas flexibles replican una flexibilidad similar a la del caucho, útil para piezas de absorción de impactos o empuñaduras de manillar.
- Las resinas elásticas son más suaves y recuperan su forma más rápido, pero son menos fuertes.
- Las resinas de silicona son suaves y flexibles, duraderas y tienen buena resistencia al calor, siendo adecuadas para botas, juntas, juntas tóricas y sellos.
- Las resinas rígidas suelen estar rellenas de vidrio o reforzadas con fibra de vidrio, lo que las hace extremadamente rígidas y pueden ser adecuadas para piezas como componentes aerodinámicos.
- Las resinas resistentes y de poliuretano permiten mayor elongación y resistencia al impacto y a menudo se comercializan como similares al ABS o al nailon.
- Las resinas de alta temperatura pueden ser adecuadas para las piezas del compartimiento del motor.
El SLA es ideal cuando el acabado superficial y el detalle son prioritarios, pero las características muy pequeñas pueden perder definición, por lo que el "diseño para fabricación" o "DFM" es fundamental. La guía típica de características incluye paredes sin soporte de al menos 1 mm de espesor y paredes con soporte de hasta 0,5 mm de espesor. Los tamaños mínimos de orificio pueden ser de tan solo 0,5 mm, y el detalle fino suele ser adecuado a 0,5 mm, a veces incluso a 0,2 mm.
El SLA puede incluir características de rosca más finas debido a su resolución, pero la resistencia de la rosca no es alta, por lo que las cavidades para tuercas suelen ser las preferidas para accesorios exigentes. Para piezas huecas, los orificios de escape o alivio deben tener un diámetro mínimo de 4 mm para facilitar el drenaje de la resina.
Las decisiones de diseño y la orientación pueden ayudar a reducir la deformación. Mantener una sección transversal uniforme ayuda a minimizar las tensiones internas durante el curado. Evitar grandes voladizos y estructuras sin soporte también ayuda, y añadir arriostramientos puede mejorar la rigidez y reducir la deformación.
Resumen
La impresión 3D con resina SLA cura la resina fotopolímera líquida capa a capa mediante una fuente de luz para crear piezas con gran detalle y un excelente acabado superficial. En comparación con la impresión FDM, las piezas SLA son más isotrópicas debido a la unión química entre capas, pero tienden a ser más frágiles y la resina suele ser más cara que el filamento FDM.
El rendimiento de la impresora se ve afectado por el tipo de motor de impresión, el volumen de impresión, la velocidad de impresión y la resolución. La resolución XY y Z es más importante que el número de píxeles de la pantalla. El flujo de trabajo implica cortar imágenes en capas, imprimir con los soportes necesarios, lavar para eliminar la resina sin curar y poscurar con luz UV para obtener las propiedades finales.
Los resultados de impresión dependen en gran medida del tiempo de exposición, la altura de la capa, la velocidad de elevación y unas estrategias de orientación y soporte bien pensadas que minimicen las fuerzas de liberación de la película y protejan el acabado superficial. La selección y el diseño de la resina para la fabricación completan el proceso, garantizando que las piezas se adapten a la aplicación y se impriman de forma fiable con mínimas modificaciones.
