Pintado vs teñido: ¿qué método de acabado de color utilizar en la impresión 3D?
En el ámbito de la fabricación aditiva podemos encontrar una gran variedad de tecnologías. Algunas de ellas tienen la capacidad para imprimir en 3D piezas a todo color directamente. Por el contrario, la gran mayoría de ellas suelen crear las piezas en un color estándar para luego aplicarles el toque colorido en la fase de postratamiento. De hecho, en muchos sectores y aplicaciones, como por ejemplo la industria de bienes de consumo, contar con piezas a color puede ser una característica imprescindible en los productos finales. Por ello, la implementación de técnicas de postratamiento capaces de aplicar color a los modelos recién impresos, puede facilitar considerablemente los procesos de producción. Dos de los métodos más utilizados en la impresión 3D son el pintado y el teñido.
Aunque a simple vista puedan parecer muy similares, lo cierto es que, dependiendo de la tecnología de fabricación aditiva utilizada, los materiales, y los usos finales, será más adecuado recurrir a una u otra. Cabe mencionar que existen algunas tecnologías de impresión 3D que permiten crear piezas multicolor directamente en el proceso de fabricación. Estos métodos incluyen material jetting (inyección de material en forma de resina), binder jetting (inyección de aglutinante de color) y la multi-extrusión de filamento (impresoras con doble cabezal que intercambian los materiales). En el resto de tecnologías que trabajan con polímeros, será necesario realizar ciertos pasos extra para aplicar color a las piezas finales. Para entender más las diferencias entre el teñido y el pintado, te ofrecemos a continuación una comparativa entre ambos procesos, con un enfoque únicamente en materiales poliméricos. ¡No te lo pierdas!
El pintado y el teñido son dos técnicas de postratamiento de color muy utilizadas en la impresión 3D.
Explicación de ambos procesos
Pintado
El pintado se refiere a la coloración de las piezas mediante la aplicación de pinturas acrílicas o esmaltes. Dependiendo de la aplicación final, se optará por un pintado manual o automatizado. En cualquier caso, el proceso implica varios pasos, que tienen lugar en la fase final de postprocesado: aplicación de una imprimación para preparar la superficie, la capa base (color) y, por último, la capa transparente (esmalte) para proteger la pieza acabada. En cuanto al proceso manual, aunque es posible pintar con brochas, el más popular, incluso a nivel profesional, es la pintura en spray, ya que permite una coloración más uniforme.
La preparación de la pieza es esencial antes de cualquier operación de coloración. Evidentemente, esto dependerá mucho de la tecnología, de los materiales utilizados y de la aplicación final de la pieza, que puede requerir operaciones manuales o más profesionales de acabado de la superficie. Por ejemplo, para la impresión 3D SLA, tras retirar las estructuras de soporte, será necesario lijar las marcas dejadas por los soportes antes de aplicar la imprimación. En el caso de las impresoras FDM, al barnizar piezas de PLA o ABS con un elevado grosor de capa, puede ser necesario lijar todo el modelo antes del barnizado para que las líneas de las capas dejen de ser visibles.
Una vez finalizado el post-procesado, retirados los soportes y cualquier resto de resina o polvo del modelo y lijada la superficie, hay que fijar la pieza para pintarla, ya sea de forma manual o automatizada. El primer paso será aplicar una primera capa de imprimación, tras lo cual habrá que volver a comprobar si la superficie presenta más imperfecciones y, si es necesario, eliminarlas. A continuación, se aplica otra capa de imprimación y, tras el tiempo de secado especificado por el fabricante, la superficie de la pieza estará lista para ser pintada. Se aplica la primera capa de color y, si es necesario, se pueden aplicar varias capas para conseguir un color uniforme y más intenso. Por último, también se recomienda un pulido final con una capa de esmalte transparente.
Es importante utilizar la protección adecuada al pintar. (Créditos: Formlabs)
Se puede utilizar la herramienta preferida para aplicar la imprimación y el color. Los más recomendables son los aerógrafos y los botes de spray. También es posible añadir detalles o dibujar en las piezas con pinceles normales. Si se utilizan sistemas automatizados, el principio suele ser el mismo, pero los usuarios son sustituidos por robots, dosificadores y pistolas pulverizadoras automáticas que funcionan en una cámara controlada.
En cuanto al tiempo de secado final de la pieza coloreada, dependiendo de las herramientas utilizadas, puede pasar hasta una semana para que el color quede bien fijado en la superficie de la pieza. Durante todas las operaciones de pintura, es importante utilizar equipos de protección, como guantes y mascarilla, para protegerse de la inhalación de los gases de la pintura. Evidentemente, con los sistemas automatizados, este problema desaparece. Por último, los tipos de barniz y, por tanto, de acabado, pueden variar en función del resultado final deseado. Hay barnices semimates, semibrillantes e incluso metalizados para dar, por ejemplo, un efecto dorado o plateado.
Teñido
El teñido es un proceso que tiene lugar por impregnación y absorción. La pieza se sumerge en una solución de colorante líquido a alta temperatura durante un tiempo concreto. La duración de la inmersión determinará la intensidad del color. A continuación, la pieza absorbe el color en las primeras capas superficiales.
Como en el caso de la pintura, la preparación de la pieza es un primer paso esencial. A continuación, será necesario limpiarla, eliminar los sustratos, el polvo o el exceso de material, y completar los pasos necesarios de acabado superficial antes de comenzar con el teñido. El teñido es un proceso que puede realizarse manualmente o con máquinas específicamente diseñadas para esta función, siendo esta última opción la más común en el sector industrial.
En cuanto al tipo de tinte utilizado, existen todo tipo de colores en el mercado. También es posible aplicar un tinte resistente a los rayos UV, llamado así porque tiene la característica adicional de resistir la exposición directa a la luz solar sin perder intensidad de color. Otra diferencia fundamental frente al pintado, es que el teñido es un método de coloración más duradero, resistente al desgaste y a la decoloración con el paso del tiempo.
Créditos: HP
Si optas por un proceso de teñido manual, debes preparar la solución combinando tinte y agua (siguiendo las instrucciones del fabricante). La cantidad de agua debe ser suficiente para cubrir completamente la impresión en 3D que deseas teñir. A continuación, se lleva el agua a ebullición y se verterá con cuidado en el recipiente que contiene el tinte. Después, puedes coger la pieza con la ayuda de unas pinzas y sumergirla en la solución. Es importante hacerlo cuando el agua aún está muy caliente, ya que de lo contrario el tinte no se absorberá correctamente. Cuando estés satisfecho con el color obtenido, puedes retirar la pieza una vez más con la ayuda de las pinzas y agitarla ligeramente para eliminar el exceso de tinte. Tras el remojo, hay que aclarar bien las piezas para eliminar cualquier resto de tinte; el último paso es dejarlas secar.
Si, por el contrario, optas por un teñido profesional, existen en el mercado varias máquinas específicas para piezas impresas en 3D. Funcionan según el mismo principio: las piezas que hay que teñir se colocan en una cesta giratoria, donde se tiñen, se aclaran y se secan, de forma más o menos automatizada. Este método es claramente aconsejable para la producción industrial de piezas en masa o a gran escala.
Tecnologías y materiales compatibles
Como hemos mencionado al inicio, existen tecnologías de fabricación aditiva que permiten crear piezas multicolor directamente durante el proceso. Sin embargo, para muchas otras que trabajan con polímeros será necesario realizar ciertos pasos extra para aplicar color a las piezas finales.
En lo que respecta al teñido, este proceso se utiliza sobre todo en piezas producidas con tecnologías de lecho de polvo de polímero como SLS, Multi Jet Fusion, HSS o SAF. Estos métodos son compatibles polímeros en forma de polvo, como por ejemplo el nylon (PA11, PA12), el polipropileno, el TPU, etc. Tras el proceso de impresión, las piezas suelen tener una superficie permeable, ideal para absorber el tinte y mantener el pigmento de color en ellas. Esto es notable si se trabaja con nylon, ya que este material se caracteriza por tener una alta permeabilidad. Cabe mencionar que empresas como HP ha desarrollado impresoras 3D, como la Jet Fusion 5420W, especialmente diseñadas para crear piezas blancas que favorezcan la adherencia de color durante el postratamiento.
Los modelos impresos en 3D mediante métodos de resina, como SLA o DLP, también pueden ser teñidos. Para ello, se requerirá el uso de tintes específicos adaptados para estas piezas y materiales. Además, la elección del material será clave para que el proceso de teñido sea efectivo. Teñir resinas transparentes supondrá que el color de la pieza final será más traslúcido y menos vibrante que, por ejemplo, con las resinas opacas, que no dejan pasar la luz a través de ellas. Por otro lado, existe la posibilidad de agregar color previo al proceso de impresión 3D de resina. Para ello se deben mezclar tinte de alcohol del color deseado con la resina en cuestión. El tinte se disolverá con la resina, generando una solución capaz de crear piezas a color de forma uniforme y similar al de las resinas estándar a color, pero sin necesidad de aplicar un postratamiento tras la fabricación.
Dos piezas impresas en 3D mediante resinas, con una aplicación de color mediante teñido con dos colores diferentes.
En lo correspondiente a la tecnología FDM, el proceso de teñido de las piezas también será posible antes de la fabricación. De forma similar a la resina, podemos teñir los filamentos o pellets sólidos previamente. Además, se puede igualmente teñir las piezas a posteriori, aunque no es una técnica a la que se suele recurrir. Esto se debe a que los termoplásticos estándar, como PLA o ABS, están disponibles a día de hoy en una amplia gama de colores diferentes, por lo que resulta más sencillo imprimir las piezas directamente en el color deseado. Sin embargo, algunos materiales más avanzados, como el nylon (PA6) o los materiales de alto rendimiento, no suelen encontrarse en diferentes colores de base. En este contexto si tendrá más sentido recurrir al teñido para dar color a las piezas ya que las poliamidas son intrínsecamente sensibles a la luz y a la oxidación térmica o química. A su vez, el nylon puede teñirse con tinte resistente a los rayos UV para aplicaciones concretas que lo requieran.
Por otro lado, el proceso de pintado es compatible con prácticamente todas las tecnologías de fabricación aditiva que trabajan con polímeros, siempre y cuando se aplique a posteriori. A pesar de esta posibilidad de trabajar con muchas tecnologías diferentes, la elección entre pintado y teñido también dependerá de la aplicación final, como veremos más adelante.
Como hemos mencionado, la adherencia del color y su mantenimiento a lo largo del tiempo dependerá del material utilizado. Debido a la permeabilidad del nylon, por ejemplo, la pintura será absorbida más fácilmente, mientras que otros materiales más estancos serán propensos a desgastarse más rápidamente. Algo que diferencia al pintado con el teñido es que el primero de ellos no puede realizarse de forma previa a la fabricación, como sí ocurre con el teñido, sino que deberá ser aplicado siempre una vez las piezas hayan sido fabricadas.
El nylon es un material caracterizado por su alta permeabilidad. (Créditos: Markforged)
Una similitud que tienen ambos procesos es que, antes de aplicar color a las piezas, será necesario realizar el postratamiento adecuado. Como hemos mencionado en la explicación de los procesos, este postratamiento incluye la retirada de soportes y el acabado de superficies, con el fin de obtener una superficie lisa que permita la aplicación del color sin problema. Además, otro punto que tienen en común es la buena adherencia del color dependerá, obviamente del material utilizado, pero también del color de base de las piezas. Esto quiere decir que aquellas superficies que sean más oscuras no ofrecerán la misma intensidad del pigmento en comparación con aquellas que sean más claras.
Ventajas y limitaciones
Ambas técnicas de coloración tienen ciertas ventajas y limitaciones. Para empezar, la pintura es esencialmente una técnica para colorear la superficie de la pieza. Esto significa que, aunque es rápida, práctica y puede dar resultados muy satisfactorios, no garantiza la durabilidad. En concreto, la capa de color puede desprenderse fácilmente debido a arañazos o al desgaste de la superficie, dejando ver el color subyacente. Otro aspecto a tener en cuenta con el pintado es que requiere cuidado y preparación, porque no oculta las imperfecciones. Por eso, es especialmente importante alisar la superficie, eliminando las marcas dejadas por el soporte o cualquier defecto de impresión. Muy útil en este sentido es la imprimación, que ayuda a uniformizar la superficie antes de colorearla. La cobertura es parcialmente uniforme, aunque a veces puede ser visible la porosidad del material. Una limitación del pintado a diferencia del teñido en la impresión 3D, es que crea una capa adicional de color en la pieza, aunque sea muy fina, que puede cambiar sus dimensiones y propiedades, lo cual es crítico para algunas piezas destinadas a fines de ingeniería, por ejemplo. No ocurre lo mismo con el teñido, en el que el color penetra directamente en la pieza.
El teñido representa la mejor solución estética y técnica para los productos creados mediante fabricación aditiva, ya que colorea la pieza en profundidad y garantiza así una mayor duración del color. El teñido resistente a los rayos UV también ofrece una protección duradera contra la radiación UV, evitando que el color pierda intensidad con el paso del tiempo. Una diferencia importante entre las dos opciones de coloración es que el teñido es la única técnica posible, o al menos la aconsejable, cuando se procesan piezas con geometrías complejas, piezas huecas o canales que serían inaccesibles mediante el pintado. No es casualidad que este proceso se utilice para piezas producidas mediante máquinas industriales de lecho de polvo o con tecnologías de impresión 3D de resina.
Sin embargo, una limitación del teñido podría ser el tamaño de las piezas. Si con la pintura no hay grandes limitaciones, el teñido requiere un tanque o máquina suficientemente grande para albergar las piezas creadas mediante impresión 3D. Así, este método no es tan aconsejable para piezas excesivamente grandes. Lo mismo ocurre con las máquinas existentes en el mercado que sólo pueden albergar un número limitado de piezas a teñir y, por tanto, tienen unas dimensiones limitadas.
Otra diferencia a tener en cuenta entre las dos soluciones de coloración es que con el pintado sólo utilizamos la cantidad de pintura necesaria, mientras que con el teñido se necesita una cierta cantidad de colorante para preparar la solución. Después del teñido, en algunos casos, sigue siendo posible reutilizar la solución de agua y tinte para operaciones posteriores.
Por último, el pintado permite utilizar más colores y colorear la pieza de forma selectiva, mientras que en el caso del teñido, una limitación puede ser la utilización de un solo color para toda la pieza.
Aplicaciones
Una de las principales razones por las que se colorea una pieza impresa en 3D es por su aspecto estético. La impresión 3D, independientemente de la tecnología utilizada, puede dejar imperfecciones en la superficie, capas visibles, rugosidades superficiales, etc. Por ello, colorear una pieza, además de darle el color deseado, junto con otras técnicas de postprocesado, ayuda a mejorar la estética de la pieza y a darle un aspecto más pulido y homogéneo.
Créditos: Sculpteo
Esto es especialmente importante en sectores de la moda, el diseño de interiores o los bienes de consumo, donde se requiere un alto nivel de personalización, como en los envases o en los sectores de las gafas y el calzado.
El sector médico también es uno de los principales sectores en los que la coloración de las piezas es importante. Imaginemos, por ejemplo, las prótesis y los dispositivos médicos, que se fabrican a medida para los pacientes y a menudo se producen con un material blanco precisamente para facilitar la personalización. Una de las ventajas de la impresión 3D es precisamente la posibilidad de personalizar las piezas, tanto desde el punto de vista de la forma como estético. Otra aplicación interesante es la producción de guías quirúrgicas impresas en 3D. Estas se imprimen en 3D principalmente con tecnologías multicolor y multimaterial (como Material Jetting). Para mayor comodidad también se pueden fabricar con máquinas de resina o FDM de escritorio, y luego colorearlas. Muy útiles para planificación quirúrgica, estas piezas suelen colorearse de distintos colores para distinguir vasos sanguíneos, tumores o resaltar zonas de difícil acceso para los cirujanos.
En el ámbito médico, existen numerosas aplicaciones que requieren impresiones en color.
Por último, las piezas impresas en 3D también se colorean gracias a las propiedades que ciertas pinturas o tintes pueden conferir a la pieza. Ya hemos hablado de los tintes resistentes a los rayos UV, que son esenciales para garantizar la mayor durabilidad posible del color y proteger las piezas especialmente expuestas a la luz solar. También existen pinturas resistentes al calor o al agua, que se utilizan precisamente por estas propiedades. Algunos de los principales sectores que colorean piezas impresas en 3D para estos fines son, por ejemplo, el sector de la automoción o el deportivo, para interiores de automóviles, accesorios, equipamiento deportivo y, en general, piezas que tienen usos tanto funcionales como estéticos. Ni que decir tiene que todas las aplicaciones en sectores sujetos a normas y pruebas específicas, como el médico o alimentario, requerirán tintes o pinturas resistentes que cumplan la normativa vigente, así como cualquier tratamiento adicional para sellar la superficie o hacerla estéril.
Proveedores y precio
Una de las empresas más conocidas en el sector de la fabricación aditiva es DyeMansion, con su solución DM60 basada en la tecnología DeepDye. Compatible con piezas creadas mediante las tecnologías SLS, SAF, MJF, HSS, SLA & DLP y CLIP, esta máquina basada en la nube cuenta con ilimitadas opciones de color para aplicar. En la industria también destaca Girbau con su máquina DY130 especialmente destinada a máquinas de EOS para plástico o las Multi Jet Fusion de HP. Por su parte, la empresa alemana CIPRES cuenta con una solución industrial para el teñido de piezas, denominada eCOLOR.
Una gran diferencia que encontramos entre el teñido y el pintado es que para el primero podemos encontrar más soluciones profesionales en el mercado, mientras que para el segundo existen menos opciones de procesos industriales que permitan automatizar la coloración en sí. Algunas de las empresas destacables para el pintado de piezas automatizado son Graco o Homag. Sus soluciones ofrecen una reducción considerable de la mano de obra, así como de los costes operativos al reducir en un 30% el desperdicio de material. Además, para llevarlo a cabo el proceso de forma manual se requieren de ciertos utensilios específicos, como una pistola pulverizadora, aerosoles, brochas u otras herramientas similares de pintado. El precio de estos instrumentos puede ir desde los 5€ los más sencillos hasta los 100€ aquellos más profesionales.
A la izquierda, la solución DM60 de DyeMansion, para el teñido de piezas. A la derecha, la pulverizadora de Homag para pintado.
Además del equipamiento, es importante tener en cuenta el coste de la pintura, el tinte o el pigmento utilizado para dar color a las piezas. Entra las principales empresas que ofrecen tintes caseros para plásticos encontramos a Rit Dye con un precio por bote de tinte que suele rondar los 8€ (236 ml). También en este mercado está Dylon, con tintes de color que rondan los 15€ (350 g). Ambas empresas cuentan con una amplísima variedad de colores diferentes para múltiples usos. Sin embargo, las máquinas más industriales suelen basarse en un sistema de cartuchos de tinta, cuyo precio suele ser más elevado que el de los tintes caseros. Este precio variará en función del tamaño del cartucho y del uso (único o múltiple). Cabe mencionar que otras empresas como Formlabs han desarrollado soluciones similares al tintado para modificar el color previamente a la fabricación. Así, su llamado “ColorKit”, con un precio de poco más de 200€, permite mezclar pigmentos de varios colores con la resina base para imprimir piezas a color mediante SLA.
Por otro lado, el material utilizado para realizar el pintado dependerá del tipo de proceso llevado a cabo, con pinceles y brochas, o pulverizado mediante aerosoles y sprays. Para los sprays en bote estos últimos tienen un precio que suele ronda los 10€; sin embargo, al usar pistolas pulverizadoras profesionales (ya sean manuales o automáticas), el precio del bote de pintura puede alcanzar los 70€ el litro. Por otro lado, la pintura líquida para aplicar de forma manual puede encontrarse al alcance de todos y los precios dependerán, de la marca, pero también del tipo de pintura (acrílica, en vinilo, mate, etc).
En ambos casos se deberá tener en cuenta el coste extra necesario para proteger al usuario frente al contacto con estos materiales que, en algunos casos, pueden ser perjudiciales para la salud. Esta protección incluye guantes, mascarillas, batas de trabajo, etc.
En conclusión, se podría entender que el proceso de teñido es más caro que el pintado si nos centramos en la maquinaria industrial y las soluciones automatizadas que existen en el mercado. Sin embargo, a la hora de realizar la aplicación del color a las piezas de forma manual, las herramientas de pintado suelen ser más complejas, lo cual se traduce en un mayor coste asociado.
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