Tipus d'impressores 3D i les característiques

A l'anterior article vam fer una mena d'introducció al món de les impressores 3D. Ara toca el torn d'endinsar-se una mica més en aquesta tecnologia, coneixent una mica més sobre els secrets que amaguen aquests equips, així com els tipus d'impressores 3D que existeixen. Una cosa vital a l'hora d'escollir l'adequada, ja que totes tenen els seus avantatges i desavantatges, per la qual cosa sempre n'hi haurà alguna que sigui més d'acord amb les teves necessitats.

Tipus d'impressores 3D segons les tecnologies d'impressió

Els tipus d'impressores 3D són molt nombrosos, i es poden catalogar segons diversos criteris. Aquí tens alguns dels més importants:

Principals famílies

Igual que les impressores convencionals també tenen diverses famílies, les impressores 3D es podrien catalogar principalment a 3 grups:

• Tinta: no es tracta d'una tinta a l'ús, sinó d'un compost en pols com la cel·lulosa o l'escaiola. La impressora anirà construint el model a partir del conglomerat de pols.

• Làser/LED (òptiques): és la tecnologia usada a les impressores 3D de resina. Bàsicament contenen un líquid en un dipòsit i se sotmeten a una exposició làser per solidifcar la resina ia una curació mitjançant llum UV perquè s'endureixi. Això fa que la resina (fotopolímer de base acrílica) es transformi en una peça sòlida amb la manera que es necessita.

• injecció: són aquelles que usen principalment filaments (generalment termoplàstics) com el PLA, ABS, Tuvalu, niló, etc. La idea darrera aquesta família és anar creant les formes mitjançant deposició de capes foses d'aquests materials (poden ser molt variats). El resultat és una peça robusta, encara més lenta i amb menor precisió que la làser.

Un cop conegudes aquestes famílies, en els apartats següents es coneixerà més sobre cadascuna i les tecnologies que hi pot haver.

Impressores 3D de resina i/o òptiques

Els impressores 3D de resina i òptiques són una de les més sofisticades i amb millors resultats en els seus acabats, però també solen ser força més cares. A més, també necessitaran màquines addicionals com les de rentat i curat en alguns casos, ja que no vénen aquestes funcions integrades a la pròpia impressora (o en casos en què netejar les peces en una MSLA és molest).

• rentat: després de la impressió de la peça 3D es necessita un procés de rentat. Però en comptes d'estar netejant la peça amb brotxa i esprai, podràs treure la peça acabada de la base d'impressió i fer servir les màquines de rentat. Aquestes actuaran com un safareig automàtic de cotxes, amb una hèlix que gira magnèticament a l'interior i sacseja el líquid de la neteja (un dipòsit ple d'alcohol isopropílic -IPA-) dins de la cabina hermèticament tancada.
• Cura: després de la neteja també cal el curat de la peça, és a dir, una exposició a raigs ultraviolats que alteren les propietats del polímer i l'endureixen. Per això, l'estació de cura treu la peça del líquid de neteja on estava submergit, l'asseca mentre el gira per arribar a tots els costats. Un cop fet això una barra LED UV començarà el curat de la peça, com si fos un forn.

SLA (StereoLithography)

Aquesta tècnica d'estereolitografia és un mètode força antic que s'ha renovat per a les impressores 3D. Es fa servir una resina líquida fotosensible que s'anirà endurint als llocs on el feix del làser incideix. És així com es van creant les capes fins aconseguir la peça acabada.

SLS (sinterització làser selectiva)

És un altre procés de sinteritzat selectiu per làser similar al DLP i SLA, però en comptes d'un líquid es farà servir una pols. El feix del làser anirà fonent i adherint les partícules de pols capa a capa fins a formar el model final. Els avantatges d'aquest mètode és que podeu utilitzar multitud de materials diferents (niló, metall,…) per crear peces que són difícils de crear mitjançant mètodes tradicionals com els motlles o l'extrusió.

DLP (Digital Light Process)

Aquesta tecnologia de processament digital per llum és un altre tipus d'impressió 3D similar a l'SLA, i també utilitza fotopolímers líquids endurits per llum. No obstant això, la diferència és a la font de llum, que en aquest cas és una pantalla de projecció digital, enfocant en els punts en què cal endurir la resina, accelerant el procés d'impressió respecte a la SLA.

MSLA (Masked SLA)

Es basa en la tecnologia SLA, i comparteix moltes de les seves característiques, però és un tipus de tecnologia SLA emmascarada. És a dir, empra una matriu LED com a font de llum UV. Dit d'una altra manera, té una pantalla LCD a través de la qual s'emet llum que coincideix amb la forma d'una capa, exposant tota la resina alhora i aconseguint velocitats d'impressió més grans. És a dir, la pantalla va projectant slices o llesques.

DMLS (Direct Metal Laser Sintering) o DMLS (PolyJet Direct Metal Laser Sintering)

En aquest cas genera objectes de forma similar a l'SLS, però la diferència és que no es fon la pols, sinó que s'escalfa amb el làser fins al punt on es pot fusionar a nivell molecular. A causa de les tensions, les peces solen ser una mica fràgils, encara que es poden sotmetre a un procés tèrmic posterior per fer-les més resistents. Aquesta tecnologia s'empra àmpliament en la indústria, per fabricar peces metàl·liques o d'aliatges.

Extrusió o deposició (injecció)

Quan parlem de la família d'impressores que fan servir tècniques de deposició mitjançant extrusors de material, es pot diferenciar entre les següents tecnologies:

FDM (Modelat de deposició fusionada)

Aquestes tècniques de modelatge van dipositant material fos per compondre lobjecte capa a capa. Quan un filament s'escalfa i es fon, passa per un extrusor i el capçal va movent-se a les coordenades XY que li indica el fitxer amb el model d'impressió. Per a l'altra dimensió utilitza un desplaçament Z per a les successives capes.

FFF (Fabricació de filaments fusionats)

Diferències entre FDM i FFF? Encara que de vegades ho usen com a sinònim, FDM és un terme fa referència a una tecnologia desenvolupada per Stratasys el 1989. En canvi, el terme FFF té similituds, però va ser encunyat pels creadors de la RepRap el 2005.

Amb la popularització de les impressores 3D i la expiració de la patent de FDM el 2009, es va aplanar el camí per a noves impressores de baix cost amb una tecnologia molt similar anomenada FFF:

• FDM: màquines grans i tancades per a ús en enginyeria i amb alta qualitat als resultats.
• FFF: impressores obertes, més barates, i amb resultats més pobres i inconsistents per a aplicacions en què es necessiten peces amb unes propietats molt concretes.

Altres tipus d'impressores 3D avançats

A part dels anteriors tipus d'impressores 3D, o tecnologies d'impressió, n'hi ha d'altres que potser no són populars per a ús domèstic, però que sí són interessants per a la indústria o la investigació:

MJF (Multi Jet Fusion) o MJ (Material jetting)

Una altra tecnologia d'impressió 3D que podeu trobar és el MJF o simplement MJ. Com el seu nom indica, es tracta d'un procés que utilitza la injecció de materials. Els tipus d'impressores 3D que han abraçat aquest mètode d'impressió es destinen principalment per a la indústria de la joieria, aconseguint una gran qualitat injectant centenars de gotes diminutes de fotopolímer per després passar per un procés de cura (solidificació) amb llum UV (ultraviolada) .

SLM (fusió làser selectiva)

És una tecnologia avançada, amb una font làser de molt alta potència, i les impressores 3D d'aquest tipus tenen preus força elevats, per la qual cosa es destina per a ús professional. En certa manera, són similars a la tecnologia òptica SLS, fusionant de forma selectiva per làser. Molt emprada en per fondre de forma selectiva pols metàl·lica i generar peces capa a capa molt robustes, per la qual cosa evites certs tractaments posteriors.

EBM (Electron Beam Melting)

La tecnologia de fusió per feix d'electrons és un procés de fabricació additiva molt similar a la SLM, i molt arrelada a la indústria aeroespacial. També és capaç de produir models molt densos i robusts, però la diferència és que en comptes d'un làser es fa servir un feix d'electrons per fondre la pols metàl·lica. Aquesta tecnologia per a ús industrial pot portar a fondre a temperatures de 1000 ºC.

BJ (Binder Jetting)

És un altre dels tipus d'impressores 3D existents, amb una tecnologia utilitzada a nivell industrial. En aquest cas, es empra una pols com a base per a la fabricació de peces, amb un aglutinant per formar capes. És a dir, empra pols del material juntament amb una mena d'adhesiu que després serà eliminat perquè quedi només el material base. Aquest tipus d'impressores poden fer servir materials com el guix, ciment, partícules de metall, sorra, i fins i tot polímers.

Formigó o 3DCP

És un tipus d'impressió troba cada cop més interès per al sector de la construcció. 3DCP són les sigles de 3D Concrete Printing, és a dir, impressió 3D de ciment. Un procés assistit per ordinador per crear estructures de ciment per extrusió per formar capes i construir així murs, vivendes, etc.

LOM (Laminated Object Manufacturing)

La LOM engloba uns tipus d'impressores 3D que s'utilitzen per a la fabricació per laminat. Per això, es fan servir teixits, làmines de paper, làmines o planxes metàl·liques, de plàstic, etc., dipositant làmina a làmina per a les capes i usant un adhesiu per anar-les unint, a més d'usar tècniques de tall industrial per generar la forma, com pot ser el tall mitjançant làser.

DOD (Drop on Demand)

Una altra tècnica de gota a demanda utilitza dos raigs de «tinta», un diposita el material de construcció per a l'objecte i l'altre un material dissoluble per als suports. Així va generant capa a capa, usant eines addicionals per anar formant el model com una maduixa fly-cutter que poleix l'àrea en construcció. Així aconsegueix una superfície perfectament plana, per la qual cosa és molt emprada a la indústria on es necessita més precisió, com per fabricar motlles.

MME (Metal Material Extrusion)

Aquest mètode és molt similar al FFF o al FDM, és a dir, consisteix a extruir un polímer. La diferència és que aquest polímer té una alta carca de pols metàl·lica. Per tant, en crear la forma, es pot realitzar un postprocés (desaglomerat i sinteritzat) per crear una peça de metall sòlida.

UAM (Ultrasonic Additive Manufacturing)

Aquest altre mètode empra làmines de metall que són posades capa a capa i fusionades mitjançant ultrasò per fondre les superfícies i crear una peça sòlida.

Bioimpressió

Finalment, entre els tipus d'impressores 3D no hi pot faltar una de les més avançades i interessants per a ús mèdic, entre d'altres aplicacions de la indústria. Es tracta de la tecnologia de bioimpressió, que es pot basar en algunes de les tècniques anteriors, però amb particularitats. Per exemple, hi ha casos en què es basen en la deposició de capes, en dolls de biotintes (bioink), bioimpressió assistida per làser, per pressió, microextrusió, SLA, extrusió de cèl·lules directa, tecnologies magnètiques, etc. Tot dependrà de l'ús que se li vulgui donar, ja que cadascuna té els seus potencials avantatges i limitacions.

La bioimpressió 3D compta amb tres fases fonamentals que són:

1. Pre-bioimpressió: és el procés de creació d'un model, com el modelatge 3D mitjançant programari de la impressió 3D. Però, en aquest cas, necessita passos més complexos per aconseguir aquest model, amb proves com biòpsies, tomografia computeritzada, ressonància magnètica, etc. D'aquesta manera podeu obtenir el model que s'enviarà a imprimir.
2. Bioimpressió: quan s'usen els diferents materials necessaris, com a solucions líquides amb cèl·lules, matrius, nutrients, biotintes, etc., i es col·loquen al cartutx d'impressió perquè la impressora comenci a crear el teixit, òrgan o objecte.
3. Pos-bioimpressió: és el procés previ a la impressió, com passava amb la impressió 3D, també hi ha processos previs variats. Poden ser per generar una estructura estable, maduració de teixits, vasculació, etc. En molts casos, calen bioreactors.

Tipus d'impressores 3D segons els materials

Una altra manera per catalogar les impressores 3D és per el tipus de material on poden imprimir, encara que algunes de les impressores 3D domèstiques i industrials admeten varietat de materials per a la impressió (sempre que tinguin característiques similars, com el punt de fusió,…), igual que una impressora convencional pot fer servir diferents tipus de paper.

Impressores 3D metall

Tots els metalls no s'adapten als diferents tipus d'impressores 3D. De fet, mitjançant algunes de les tecnologies vistes anteriorment, només se'n poden manejar uns quants. Els pólvores de metall més freqüents empleats en la fabricació additiva són:

• Acer inoxidable (diversos tipus)
• Acer per a eines (amb diferent composició de carboni)
• Aliatges de titani.
• Aliatges d'alumini.
• Superaliatges basats en níquel, com l'Inconel (un aliatge Ni-Cr austenític).
• Aliatges cobalt-crom.
• Aliatges basats en coure.
• Metalls preciosos (or, plata, platí,…).
• Metalls exòtics (pal·ladi, tàntal,…).

Impressores 3D de menjar

Font: REUTERS/Amir Cohen

Cada cop és més freqüent trobar impressores 3D per fabricar menjar mitjançant mètodes de fabricació additiva. En aquest cas, alguns dels més habituals són:

• Components funcionals (prebiòtics, probiòtics, minerals, vitamines, àcids grassos, fitoquímics i altres antioxidants).
• Fibra.
• Greixos.
• Diferents tipus de carbohidrats, com les farines i sucres.
• Proteïnes (animals o vegetals) per formar textures similars a la carn.
• Hidrogels, com la gelatina, i alginat.
• Bombons.

Impressores 3D plàstic

Per descomptat, un dels materials més emprats per a la impressió 3D, especialment per a les impressores 3D domèstiques són els polímers:

• Plàstics com PLA, ABS, PET, PC, etc.
• Polímers d'alt rendiment com PEEK, PEKK, ULTEM, etc.
• Poliamides sintètiques de tipus tèxtil com el niló o niló.
• Solubles en aigua com HIPS, PVA, BVOH, etc.
• Flexibles com el TPE o TPU, com els de les fundes de silicona dels mòbils.
• Resines basades en polimerització.

A més, si utilitzaràs una impressora 3D per imprimir objectes per a ús en alimentació, com poden ser tasses, gots, plats, coberts, etc., hauries de conèixer quins són els plàstics segurs per a l'alimentació:

• PLA, PP, co-polièster, PET, PET-G, HIPS, niló 6, ABS, NASA i PEI. Si els utilitzaràs per rentar al rentaplats o suportar temperatures més altes, descarta el niló, el PLA i el PET, ja que solen deformar-se a temperatures entre 60-70ºC.

Biomaterials

Font: BloodBusiness.com

Quant a la bioimpressió 3D, també es poden trobar molt variats productes i materials:

• Polímers sintètics.
• Àcid poli-L-làctic.
• Biomolècules, com ADN.
• Biotintes de baixa viscositat amb cèl·lules en suspensió (cèl·lules específiques o cèl·lules mare). Amb àcid hialurònic, col·lagen, etc.
• Metalls per a pròtesis.
• Proteïnes.
• Composites.
• Agarosa amb gelatina.
• Materials fotosensibles.
• Acrílics i resines epoxi.
• Tereftalat de polibutilè (PBT)
• Àcid poliglicòlic (PGA)
• Polièter èter cetona (PEEK)
• Poliuretà
• Alcohol polivinílic (PVA)
• Àcid polilàctic-co-glicòlic (PLGA)
• Quitosà
• Altres pastes, hidrogels i líquids.

Composts i híbrids

També n'hi ha d'altres compostos híbrids per a impressores 3D, encara que solen ser més exòtics i molt diversos:

• PLA-based (70% PLA + 30% altre material), com poden ser els filaments de fusta, bambú, llana, suro, etc.
• Composites (fibra de carboni, fibra de vidre, kevlar, etc.).
• Alúmina (barreja de polímers i pólvores d'alumini).
• Ceràmiques. Alguns exemples són porcellana, terracota, etc.
  • Òxids de metall: alumini, circonita, quars, etc.
  • No basades en òxid: carburs de silici, nitrur dalumini, etc.
  • Bioceràmiques: com la hidroxiapatita (HA), el fosfat tricàlcic (TCP), etc.
• Compostos basats en ciment, com a diferents tipus de morter i formigó.
• Nanomaterials i materials intel·ligents.
• I moltes més materials innovadors que estan arribant.

Segons els usos

Finalment, i no menys important, també es podrien catalogar diversos tipus d'impressores 3D segons l'ús que se li donarà:

Impressores 3D industrials

Els impressores 3D industrials són un tipus de impressora molt particular. Solen comptar amb tecnologies avançades, a més de tenir una mida considerablement gran, i preus de milers d'euros. Estan dissenyades per utilitzar-se a la indústria, per fabricar de forma ràpida, precisa i en grans quantitats. I es poden emprar en sectors com l'aeronàutic, electrònica i semiconductors, farmacèutic, vehicles, construcció, aeroespacial, motorsport, etc.

Els preus d'una impressora 3D industrial poden oscil·lar des dels 4000 € fins als 300.000 € en alguns casos, depenent de la mida, marca, model, materials i prestacions.

Impressores 3D grans

Encara que aquest tipus de impressores 3D grans es podrien incloure dins de les industrials, és cert que hi ha alguns models pensats per al seu ús fora de la indústria, com poden ser algunes impressores capaces d'imprimir peces de grans dimensions per a aquells makers que ho necessitin, per a petites empreses, etc. Em refereixo a aquests models que no són tan grans i cars com els industrials, com Anycubic Chiron, Snapmaker 3D, Tronxy X5SA, Tevo Tornado, Creality CR 10S, Dremer DigiLab 3D20, etc.

Impressores 3D barates

Molts kits de muntatge de impressores 3D per a ús domèstic, o alguns projectes de codi obert, com Prusa, Lulzbot, Voron, SeeMeCNC, BigFDM, Creality Ender, Ultimaker, etc., així com altres marques que venen impressores 3D compactes, han permès que la impressió 3D arribi també a moltes llars. El que abans només es podien permetre algunes empreses, actualment pot tenir un preu similar a les impressores convencionals.

Generalment, aquestes impressores estan destinades a ús particular, com els aficionats al DIY o makers, o per a alguns autònoms que necessitin crear certs models de forma eventual. Però no estan pensades per crear models grans, ni de manera massiva, ni tampoc ràpidament. I, la majoria, són amb resina o filament plàstic.

Llapis 3D

Finalment, per completar aquest article, no em volia deixar enrere els llapis 3D. No són un dels tipus d'impressores 3D com a tals, però sí que tenen un objectiu comú i poden ser molt pràctics per crear alguns models senzills, per als nens, etc.

Tenen un preu molt barat, i bàsicament són diminutes impressores 3D de mà en forma de llapis amb què poder fer dibuixos amb volum. Solen fer servir filaments plàstics com el PLA, ABS, etc., i el seu funcionament és molt senzill. Bàsicament es connecten a una presa de corrent elèctric i s'escalfen com els soldadors d'estany o les pistoles de cua calenta. Així fonen el plàstic que anirà fluint per la punta per crear el dibuix.

Més informació

• Millors impressores 3D de resina
• Escàner 3D
• Recanvis d'impressores 3D
• Filaments i resina per a impressores 3D
• Millors impressores 3D industrials
• Millors impressores 3D per a la llar
• Millors impressores 3D barates
• Com triar la millor impressora 3D
• Tots sobre els formats STL i d'impressió 3D
• Guia d'introducció a la impressió 3D