10.2: Vat
Polymerization
Bajo este nombre se agrupan las
tecnologías que consiguen la impresión 3D mediante la polimerización de una
cubeta (VAT) llena de resina fotosensible.
Como decíamos en el capítulo de Historia,
corría el año 1984 cuando el ingeniero norteamericano Charles Hull inventó la
estereolitografía (SLA), primera tecnología de fabricación aditiva basada en
polímeros sensibles a la luz ultravioleta. Posteriormente patentaría su invento
en 1986 y sobre esa patente desarrollaría su empresa 3D Systems.
Figura 88: Tecnología
SLA.
El esquema de funcionamiento de la
estereolitografía es el siguiente: se llena un contenedor de una resina en
estado líquido. Esta resina es fotosensible, esto es, reacciona ante la luz solidificándose.
Dentro del contenedor se tiene una plataforma capaz de un movimiento vertical,
que inicialmente está cercana a la superficie. Mediante un láser dirigido por
medio de espejos se va solidificando una primera capa; una vez conseguida esta
capa, se desliza hacia abajo la plataforma, la resina líquida invade el nuevo
espacio libre dejado y se vuelve a empezar el proceso de solidificar con el
láser la siguiente capa; así sucesivamente hasta completar el objeto en su
totalidad, capa a capa.
Puesto que la resina llena
completamente todo el compartimento, con esta tecnología sólo es posible
fabricar objetos con un único material y color. Además, puesto que no hay forma
de sujetar capas en el aire, esta tecnología necesita también el uso de
soportes para capas que sobresalgan (overhang).
Una interesante particularidad de las
tecnologías de Vat Polymerization es que los objetos pueden fabricarse de
arriba a abajo, como hemos visto hasta ahora, pero también de abajo a arriba,
como puede verse en la figura.
Figura 89: Fabricación
SLA de abajo a arriba.
En este caso, el fondo del recipiente
que contiene la resina es transparente para dejar pasar la luz e ir
solidificando la capa correspondiente. Además, está tratado con material antiadherente
para evitar que la capa de resina sólida se quede pegada al fondo, mientras que
la capa sí queda adherida a la plataforma. Al finalizar cada capa, la
plataforma se mueve hacia arriba (movimiento éste generalmente acompañado de
una ligera vibración para facilitar que el fondo quede totalmente despegado) lo
que hace que la resina entre en el hueco dejado, para proceder a crear la nueva
capa por medio del láser.
¿Qué ventajas tiene hacerlo de un
modo u otro? Podemos ver de nuevo el detalle de creación de cada capa en los
siguientes esquemas:
Figura 90: Impresión
de la segunda capa de arriba abajo.
Figura 91: Impresión
de la segunda capa de abajo a arriba.
En el primer caso, queda claro que
necesitamos que la plataforma empiece a nivel de la superficie y vaya bajando
hasta que se imprima todo el objeto. Esto hace que el contenedor de resina
tenga que ser mayor si queremos imprimir objetos grandes, lo que supone una
limitación y un mayor consumo de resina. Por otro lado, no hay peligro de que
una capa se quede adherida al contenedor, como ocurre si imprimimos de abajo a
arriba, por lo que en general esta opción es más fiable.
En el segundo caso, la plataforma
puede ascender con las distintas capas ya fabricadas sin limitación por la
capacidad del contenedor de resina. Así, podemos hacer piezas más altas y el
consumo de resina será menor. Por otro lado, el control que tenemos de la
altura de cada capa es mayor, por cuanto la resina en el fondo llena con mayor
efectividad el hueco dejado al mover la plataforma que si imprimimos de arriba
a abajo. La desventaja es que el fondo transparente necesita un mejor
mantenimiento, puesto que es crítico que la resina solidificada no se adhiera a
él; es necesario un constante reemplazo y tratamiento con sustancias adecuadas.
Debido al movimiento necesario para mover la plataforma hacia arriba es además
menos fiable.
La tecnología Digital Light
Processing (DLP) es otra tecnología muy similar a la estereolitografía. Su
única diferencia es la forma en que se consigue la solidificación de la resina;
en lugar de emplear un láser, se emplea un proyector digital de luz, lo que
tiene la ventaja de que, en un único paso, se proyecta el dibujo de la capa
completa a fabricar (aunque en ocasiones, si la capa es muy extensa, este paso
puede hacerse en varias fases). Este hecho le da a la tecnología DLP su gran
ventaja: es más rápida que la SLA. Sin embargo, carece de la precisión de un
láser, por lo que es menos aconsejable para aquellos casos en que se requiere
un alto nivel de detalle. Tiene sin embargo control a nivel de vóxel, puesto
que la imagen digital de cada capa estará compuesta de los correspondientes
pixels.
Figura 93: Fabricación
con Digital Light Processing.
Al igual que en el caso de SLA,
también pueden encontrase impresoras DLP para fabricación de arriba a abajo o
de abajo hacia arriba.
Las tecnologías de Vat
Polymerization, precisamente por el uso de resinas líquidas, tienen como
principal virtud sus suaves acabados y la gran precisión que son capaces de
conseguir en la fabricación de objetos. Por ello, se usan mucho en la
producción de prototipos y en la confección de moldes para fabricación
conformativa.
De largo, su mayor éxito ha sido la
aplicación para la fabricación de audífonos; debido precisamente a su precisión
y suavidad, los aparatos así fabricados se adaptan perfectamente al usuario.
Esta tecnología además existe no
solamente en forma de gran máquina para la producción industrial sino también
en su versión de impresión de sobremesa sin un coste excesivo (aunque superior
a las más baratas impresoras 3D FFF).
Entre sus inconvenientes, como ya se
ha comentado, está el empleo de un material único para todo el objeto
fabricado. Las resinas fotosensibles son polímeros con un precio mayor que el
material de otras tecnologías como la extrusión de materiales, y no hay una
amplia variedad de colores disponibles. Existen, por supuesto, diferentes
materiales con propiedades de mayor o menor dureza, suavidad, etc. y con
precios diferentes según su uso, aunque en general no tienen una gran
resistencia mecánica. Pueden tener además problemas de resistencia a la luz
solar.
Típicamente, una vez fabricada la
pieza, es necesario darle un tratamiento de luz ultravioleta, precisamente para
mejorar su consistencia en el futuro. Este tiempo de post-procesado, añadido al
de extracción y limpieza del objeto fabricado del contenedor de resina hace que
no sea de las tecnologías más rápidas.
Finalmente, es imprescindible el uso
de soportes, siendo éstos además más complejos de usar en el caso de
tecnologías de abajo a arriba. Estos soportes habrá que eliminarlos
manualmente, sin poder usarse disolventes o técnicas similares sólo disponibles
cuando el soporte está hecho de un
material distinto a la pieza.