Guía completa: La impresión 3D de silicona, ¡te explicamos todo!
En el sector de la fabricación aditiva, se ha producido un notable avance con la introducción de una tecnología innovadora que permite llevar a cabo modelos 3D utilizando silicona. Esta nueva técnica ha generado un gran interés en la industria de la impresión 3D ya que, hasta ahora, no era posible fundir la silicona mediante calor y depositarla capa a capa, tal y como ocurre con los polímeros o metales. Estos nuevos avances, especialmente en el ámbito de los biomateriales médicos, están contribuyendo a mejorar los resultados de los tratamientos existentes para los pacientes. Además, se están abriendo nuevas posibilidades y oportunidades que antes eran impensables, gracias al constante progreso y madurez de la tecnología de impresión 3D.
Es evidente que la impresión 3D con silicona tendrá un impacto significativo en la industria, marcando un hito importante en la evolución de esta tecnología. De hecho, según un estudio de Precision Business Insight, se estima que el mercado de la impresión 3D de silicona se valoró en $1.590,3 millones en 2021 y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesto del 19,9% para 2028. Este crecimiento también se ve impulsado por las empresas de impresión 3D que están ofreciendo nuevas soluciones compatibles con la silicona. Para entender mejor estos materiales y en qué consiste el proceso de fabricación aditiva, sigue leyendo esta guía completa.
Créditos: Beamler
Las siliconas, ¿qué son y cómo se obtienen?
El polisiloxano, conocido comúnmente como silicona, es un polímero inorgánico obtenido mediante la polimerización de los siloxanos (moléculas formadas por átomos de silicio y oxígeno). En el contexto de los polisiloxanos, la polimerización sucede mediante una reacción de condensación de los siloxanos. Esta transformación ocurre en presencia de un catalizador, que puede ser un ácido o una base, y su función es favorecer la creación de enlaces entre los grupos funcionales de los siloxanos. Así, las cadenas poliméricas presentan una notable movilidad gracias a los enlaces que se forman entre átomos de oxígeno y silicio. Es importante destacar que esta categoría de polímeros se caracteriza por su resistencia química y sus propiedades físicas y mecánicas. El polisiloxano y la silicona son términos que se refieren al mismo material. Mientras que el primero es el nombre técnico, el segundo se utiliza más en el ámbito comercial y cotidiano.
La silicona se puede encontrar en varios estados, dependiendo de la estructura macromolecular, el tamaño y la distribución de las cadenas que la componen. Así, podemos encontrarla como aceites y gomas de silicona (utilizada como aditivos, lubricantes o fluidos hidráulicos), como geles (utilizada en prótesis mamarias o sillines de bicicleta) y, por último, como elastómeros. Éste último es el tipo de silicona más utilizado hoy en día. Veamos a continuación cómo se puede utilizar este material en el proceso de fabricación aditiva.
El proceso de impresión 3D de silicona
La primera empresa en desarrollar un sistema de impresión 3D de silicona fue ACEO, una división del gigante químico alemán Wacker Chemie AG. Fue en 2016 cuando la organización presentó un método similar al de la inyección de tinta. En este caso, se depositaban gotas de silicona en forma de capa, para luego curarla con una fuente de luz UV; el proceso se repetía capa a capa hasta obtener la pieza final. Además, la empresa asegura que su tecnología crea piezas con propiedades mecánicas isotrópicas (es decir, uniformes en todas las direcciones) comparables a las del moldeo por inyección. ACEO dejó de existir en 2021, pero los planteamientos de esta empresa pionera en la impresión 3D de silicona siguen siendo demandados en una amplia gama de sectores, como los bienes industriales, los productos químicos, la medicina y la odontología.
Impresión 3D de silicona a través de una jeringa presurizada. (Créditos: AMFG)
Como vemos, una de las técnicas de impresión 3D compatibles con las siliconas es la fotopolimerización. Sin embargo, también han surgido otras formas de fabricación aditiva capaces de trabajar con este tipo de materiales. En el caso de la tecnología de extrusión, la silicona requiere unas características de hardware específicas. En primer lugar, el material debe envasarse en jeringas conectables con un pistón. Los cabezales de impresión suelen estar equipados con bombas dosificadoras volumétricas que proporcionan una alta precisión de dispensación y dosificación. Las jeringas presurizadas suministran materia prima a estas bombas, que transportan y dosifican la cantidad de material a imprimir. Así, el material se deposita mediante una boquilla de precisión conectada a la salida de la bomba.
De esta forma, el proceso de fabricación aditiva es similar a la tecnología de extrusión (FFF / FDM). Sin embargo, el material depositado no se fija al salir de la boquilla, sino que el líquido impreso se formula para que tenga una viscosidad específica, de modo que pueda superponerse sobre sí mismo sin colapsar. La reacción de reticulación (cuando los polímeros se unen en cadenas formando una especie de red) tiene lugar durante y después del proceso de impresión y cura el material ya conformado. Tras la reticulación, la pieza obtiene sus propiedades físicas y químicas definitivas.
Ventajas y limitaciones de la tecnología
Veamos ahora una comparativa entre los beneficios y limitaciones de esta tecnología de fabricación. Una de las principales ventajas es que la silicona permite crear modelos 3D con una alta flexibilidad y durabilidad. Esto a su vez se traduce en la capacidad de soportar mayores cargas y presión que otros materiales, al tiempo que ahorra espacio gracias a su flexibilidad; todo ello sin afectar a sus propiedades mecánicas. La silicona también es resistente a las fluctuaciones extremas de temperatura y radiación, por lo que las piezas son menos susceptibles a tales influencias, al igual que con el vidrio o materiales similares. Cuando el vidrio se considera demasiado frágil, los profesionales suelen optar por la silicona como primera opción. Esto viene determinado también por su alta transparencia, lo que la hace ideal para modelos que requieren inspección visual. Por último, la combinación de propiedades conductoras, aislantes y biocompatibles, hace que la silicona sea interesante para una amplia variedad de aplicaciones de impresión 3D, como veremos más adelante.
Las siliconas son biocompatibles, por lo que son una opción ideal para aplicaciones médicas. (Créditos: Nick Pitsas)
Entre las desventajas de la impresión 3D de silicona, encontramos la accesibilidad en términos de hardware y materiales. Aunque cada vez existen más empresas que están desarrollando esta tecnología, aún son pocas las que ofrecen máquinas de este estilo. Por ello, los costes suelen ser elevados y las opciones de material limitadas. Por otro lado, las impresoras 3D actuales tienen volúmenes de impresión relativamente pequeños y, aunque se pueden crear varias piezas a la vez, no están del todo preparadas para la producción en masa de grandes series. Muchas de las máquina utilizan un único cabezal, por lo que crear modelos sencillos y planos, sin estructuras de soporte para modelos complejos. Aún así, esto ha cambiado en los últimos años y han surgido soluciones IDEX de doble cabezal para crear dichos soportes. Por último, el postratamiento de las piezas es otra de las limitaciones de esta tecnología. Por lo general, las siliconas requieren un proceso de curado más largo, lo cual extenderá el tiempo de producción total.
Aplicaciones y principales fabricantes del mercado
La impresión 3D de silicona es realmente útil para la producción de series pequeñas y medianas, para prototipado y para crear formas únicas que serían impensables con métodos tradicionales. Uno de los sectores que más se está beneficiando de esta tecnología es el sector médico. En este ámbito se está utilizando para la creación de implantes, prótesis y modelos médicos personalizados a cada paciente, ya que la silicona puede tener el tacto y la respuesta del tejido humano, lo que la hace ideal para prácticas quirúrgicas. En esta línea, la investigación biomédica también aprovecha esta La silicona impresa en 3D se utiliza como andamio para la ingeniería de tejidos, creando estructuras para cultivar células para estudios y experimentación.
La robótica blanda también es otra aplicación de esta forma de fabricación aditiva. En concreto, es ideal para crear componentes robóticos blandos, como pinzas, capaces de agarrar y manipular objetos delicados. También, gracias a sus propiedades, la silicona impresa en 3D se está estudiando como un material viable en la electrónica flexible y elástica. Por último, otras de las industrias donde hemos visto el uso de la impresión 3D de silicona es la de bienes de consumo. Se utiliza principalmente para crear modelos flexibles y elásticos para prendas de ropa, así como para la creación de prototipos de wearables de consumo, como por ejemplo los smartwatches.
Piezas impresas en 3D con silicona. (Créditos: AMFG)
Entre los actores más destacados del mercado encontramos, por ejemplo, a Elkem Silicones, una empresa dedicada al desarrollo de siliconas para la fabricación avanzada. Además, existen fabricantes en el sector de la impresión 3D que cuentan con máquinas dedicadas a trabajar con estos materiales. Entre ellos están, obviamente ACEO, pero también Deltatower, innovatiQ, Lynxter, Spectroplast o San Draw, entre otros. Puedes encontrar más información sobre las impresoras 3D de silicona en nuestro artículo dedicado.
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*Créditos foto de portada: innovatiQ
