Guía completa: La impresión 3D de cera, ¡te explicamos todo!

El término impresión 3D en cera puede dar lugar a confusión, ya que se trata de una técnica de fabricación indirecta. En otras palabras, la tecnología no se utiliza para fabricar la pieza final, sino como una etapa del proceso. La impresión 3D de cera permite fabricar moldes de cera que servirán de modelo para la pieza final, por lo que la cera no es el material que compondrá la pieza final. Simplemente se utiliza para crear la forma y después se funde. Como la forma de la cera no existe en última instancia y se «pierde», suele denominarse fundición a la cera perdida.

La fundición a la cera perdida es un proceso de moldeo que permite fabricar piezas pequeñas de forma idéntica, con pocas etapas de acabado. Tradicionalmente, se valora mucho por su precisión dimensional, sus detalles y la calidad de su superficie. La impresión 3D de cera tiene los mismos objetivos, pero la diferencia es que el molde se imprime en 3D en lugar de fabricarse a mano. 

La impresión 3D de cera se basaba originalmente en el principio de la cera perdida.

La impresión 3D de cera se utiliza principalmente para hacer moldes, que luego se utilizan como forma para objetos de metal, ya sean preciosos o no. La ventaja de la cera es que se quema casi sin dejar residuos y no requiere un tratamiento complejo del molde. Además de la cera especial para impresión, también existen filamentos y resinas que se queman con el mismo fin. La tecnología 3D permite imprimir casi cualquier diseño y combinar la calidad del molde con estructuras complejas. Veamos ahora el proceso más de cerca.

¿Cómo funciona la impresión 3D de cera?

Tal y como ocurre con otros métodos de fabricación, el primer paso es diseñar la pieza. Para ello se utilizan programas de modelado 3D o escaneos de objetos que deben reproducirse de forma idéntica. A continuación, se imprime el modelo a partir de un plástico similar a la cera. Para ello se necesita una impresora 3D de cera especial que pueda procesar este material. Puede ser necesario imprimir soportes si el diseño es muy complejo, con voladizos y puentes, por ejemplo. Estas estructuras deben retirarse después de la impresión y el modelo debe limpiarse. También puede requerirse alisar las pequeñas irregularidades de la superficie. A diferencia de la impresión 3D de cera, el modelo se diseña y fabrica a mano durante la fundición tradicional a la cera perdida. Las demás etapas no son diferentes.

Una vez impreso y limpiado el modelo de cera, el operario lo fija, junto con otros modelos, al llamado “árbol de fundición”. Se trata de una barra hueca con varios elementos fijos que se sumergen en una masa líquida. Ésta puede ser cerámica, de arcilla o yeso, y sirve de revestimiento exterior y, en última instancia, de molde de fundición. Los modelos de cera se rodean de finas capas del material en cuestión, que se inyecta mediante embudos de colada. A continuación, la capa de material que rodea el modelo de cera debe secarse o cocerse en un horno.

La cera o el plástico de cera se funde, escurre o se quema, dejando sólo la forma “verde” de la pieza moldeada final. A continuación, se inserta el material final fundido en esta impresión detallada de la pieza de construcción o final. Una vez solidificado, hay que romper el molde. El objeto acabado se tiene entonces en las manos. Dependiendo de la aplicación y del material, debe retocarse en más o menos etapas.

Este gráfico ilustra el proceso de impresión 3D de cera (Créditos: Sculpteo)

Ventajas y limitaciones de la tecnología

La impresión 3D de cera permite alcanzar una alta resolución, con una precisión de alrededor de 25 μm. Sin embargo, la precisión también depende del proceso de fabricación aditiva elegido y no puede generalizarse. Aunque la impresión 3D de cera puede lograr un margen de tolerancia bajo para las piezas, aquí también deben tenerse en cuenta las normas pertinentes. Esto incluye la norma VDG (que incluye directrices de construcción para el diseño de piezas de fundición fabricadas con materiales de hierro fundido) o las normas DIN ISO pertinentes para la fundición. En ocasiones, cumplirlas puede ser todo un reto.

La tecnología también resulta llamativa por su relación calidad/precio. La impresión 3D permite producir prototipos y series pequeñas a menor coste. También tiene ventajas de tiempo. Los moldes fabricados analógicamente bajo pedido tardan entre dos y doce semanas en fabricarse y entregarse. La impresión 3D se completa en unas pocas horas, según el modelo, y se puede realizar directamente in situ. El hecho de que un modelo pueda modificarse rápidamente permite reaccionar inmediatamente ante las dificultades. Así, la impresión 3D permite iteraciones más sencillas.

La impresión 3D de cera permite libertad de diseño y adaptaciones rápidas para prototipos y series pequeñas. (Créditos: Sculpteo) 

El proceso también gana puntos en términos de sostenibilidad. Cuando se imprime en 3D, solo se imprimen los materiales necesarios para el modelo, por lo que prácticamente no hay desperdicio. Los residuos de cera se incineran sin dejar rastros o se reutilizan en otros ámbitos.

Si optas por este proceso, ten en cuenta que requiere un poco de paciencia y no es apto para modelos grandes. Es un método de fabricación indirecto, que requerirá más tiempo que otros procesos de impresión 3D donde podrás obtener tu pieza directamente.

Aplicaciones y usos

Hay muchos ámbitos en los que se utiliza la impresión 3D de cera. Se trata principalmente de aplicaciones donde se requiere exactitud, precisión y detalle. Por tanto, el proceso se utiliza muy a menudo en odontología para crear materiales de impresión dental. Otro ejemplo en el campo médico es la fabricación de copas acetabulares como implantes. Las copas acetabulares constan de una cabeza en forma de concha en cuya superficie se encuentran cientos de trípodes, es decir, anclajes de filigrana en forma de cruz.

La impresión 3D de cera también se utiliza para fabricar modelos de hierro fundido o modelos originales en ingeniería mecánica. Además de en la fabricación de moldes, este proceso también se utiliza en el ámbito de la fabricación de modelos. De este modo es posible fabricar piezas de colección y ediciones en miniatura. Pero es especialmente en el sector de la joyería donde la impresión en cera 3D ha demostrado su eficacia. Los joyeros utilizan impresiones de cera como diseños para moldes. Pueden crear prototipos y producir preseries, luego usar los modelos como moldes que llenan con metales preciosos para hacer la pieza final de joyería.

Créditos: 3D Systems

Tecnologías, fabricantes y materiales

Existen varios procesos involucrados en la creación del modelo. Si se usa un filamento similar a la cera, se puede utilizar la tecnología FDM. Sin embargo, las tecnologías SLA y de inyección de material suelen ser utilizadas con mucha más frecuencia. En el caso de la estereolitografía, se recurre a una resina similar a la cera para imprimir el molde. La empresa 3D Systems había desarrollado un proceso SLA llamado QuickCast, destinado a la impresión de modelos y moldes en la aeronáutica y el aeroespacial. También cuentan con otro proceso de impresión 3D de cera, denominado MultiJet Printing.

Prodways fue otro fabricante importante en el mercado de las impresoras 3D de cera con sus soluciones Solidscape, que funcionan con tecnología Drop-on Demand. Sin embargo, la empresa anunció recientemente que pondría fin a sus actividades en este segmento. Binder Jetting también es un proceso adecuado en este ámbito. Por ejemplo, Voxeljet tiene la VX1000 en su cartera de impresoras 3D, que crea piezas de cera, cerámica y arena.

3D Systems ofrece varias soluciones para impresión 3D de cera. (Créditos: 3D Systems) 

Por lo tanto, tiene sentido que los distintos fabricantes de soluciones también ofrezcan materiales para este fin. La cera para impresión 3D es, como hemos comentado, un material plástico a base de cera. En general, las ceras se pueden clasificar en tres categorías: ceras naturales (por ejemplo, cera de abejas, cera de soja), ceras minerales obtenidas de combustibles fósiles (por ejemplo, cera de parafina, cera de lignito) y ceras sintéticas (cera poliolefínica para cremas, cera hidrosilada). Estos se utilizan para la impresión 3D.

Si se requieren soportes de impresión, se necesitan dos tipos diferentes de cera. La cera de soporte debe tener un punto de fusión más bajo, para que los soportes se puedan fundir pero el modelo de cera permanezca intacto. Por parte de los fabricantes, podemos citar a 3D Systems, pero también a Polymaker o Formfutura.

Piezas de cera creadas mediante impresión 3D. (Créditos: Sculpteo) 

La cera y la impresión 3D con la misma pueden ser un nicho dentro de las tecnologías y aplicaciones de fabricación aditiva, pero ofrecen soluciones que otros procesos y materiales no pueden lograr. La impresión 3D de cera es especialmente popular en joyería y en sectores donde son necesarios detalles y estructuras complejas de piezas, y presenta muchas posibilidades.

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*Créditos: MOIIN