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Representación esquemática de la estereolitografía: un dispositivo emisor de luz a) (un láser o DLP ) ilumina selectivamente el fondo transparente c) de un tanque b) lleno de una resina fotopolimerizante líquida. La resina solidificada d) es arrastrada progresivamente hacia arriba por una plataforma elevadora e)
Una pieza producida por SLA
Un ejemplo de una placa de circuito impreso SLA con varios componentes para simular el producto final.

La estereolitografía ( SLA o SL ; también conocida como aparato de estereolitografía , fabricación óptica , foto-solidificación o impresión de resina ) es una forma de tecnología de impresión 3D utilizada para crear modelos , prototipos , patrones y piezas de producción capa por capa utilizando fotoquímica. procesos por los cuales hace que la luz químicas monómeros y oligómeros para reticular juntos para formar polímeros . [1]Luego, esos polímeros forman el cuerpo de un sólido tridimensional. La investigación en el área se había realizado durante la década de 1970, pero el término fue acuñado por Chuck Hull en 1984 cuando solicitó una patente sobre el proceso, que se concedió en 1987. [2] La estereolitografía se puede utilizar para crear prototipos de productos desarrollo, modelos médicos y hardware informático, así como en muchas otras aplicaciones. Si bien la estereolitografía es rápida y puede producir casi cualquier diseño, puede ser costosa.

Historia [ editar ]

La estereolitografía o impresión "SLA" es una tecnología de impresión 3D temprana y ampliamente utilizada. A principios de la década de 1980, el investigador japonés Hideo Kodama inventó por primera vez el enfoque moderno en capas de la estereolitografía mediante el uso de luz ultravioleta para curar polímeros fotosensibles. [3] [4] En 1984, justo antes de que Chuck Hull presentara su propia patente, Alain Le Mehaute , Olivier de Witte y Jean Claude André presentaron una patente para el proceso de estereolitografía. [5] La solicitud de patente de los inventores franceses fue abandonada por la Compañía francesa General Electric (ahora Alcatel-Alsthom) y CILAS.(El Consorcio de Láser). Le Mehaute cree que el abandono refleja un problema con la innovación en Francia. [6] [7]

Sin embargo, el término “estereolitografía” (griego: estereo-sólido y litografía ) fue acuñado en 1984 por Chuck Hull cuando presentó su patente para el proceso. [1] [8] Chuck Hull patentó la estereolitografía como un método para crear objetos 3D "imprimiendo" sucesivamente capas delgadas de un objeto usando un medio curable por luz ultravioleta , comenzando desde la capa inferior hasta la capa superior. La patente de Hull describía un haz concentrado de luz ultravioleta enfocado sobre la superficie de una tina llena de un fotopolímero líquido . El haz se enfoca sobre la superficie del fotopolímero líquido, creando cada capa del objeto 3D deseado mediante reticulación.(generación de enlaces intermoleculares en polímeros). Fue inventado con la intención de permitir a los ingenieros crear prototipos de sus diseños de una manera más eficaz en el tiempo. [3] [9] Después de que se concediera la patente en 1986, [1] Hull cofundó la primera empresa de impresión 3D del mundo, 3D Systems , en comercializarla. [10]

El éxito de la estereolitografía en la industria automotriz permitió que la impresión 3D alcanzara el estatus de industria y la tecnología continúa encontrando usos innovadores en muchos campos de estudio. [9] [11] Se ha intentado construir modelos matemáticos de procesos de estereolitografía y diseñar algoritmos para determinar si un objeto propuesto puede construirse mediante impresión 3D. [12]

Tecnología [ editar ]

La estereolitografía es un proceso de fabricación aditiva que, en su forma más común, funciona enfocando un láser ultravioleta (UV) en una tina de resina de fotopolímero . [13] Con la ayuda de software de fabricación asistida por computadora o de diseño asistido por computadora (CAM / CAD), [14] el láser UV se utiliza para dibujar un diseño o forma preprogramados en la superficie de la cuba de fotopolímero. Los fotopolímeros son sensibles a la luz ultravioleta, por lo que la resina se solidifica fotoquímicamente y forma una sola capa del objeto 3D deseado. [15] Luego, la plataforma de construcción baja una capa y una cuchilla recubre la parte superior del tanque con resina. [4]Este proceso se repite para cada capa del diseño hasta que se completa el objeto 3D. Las piezas terminadas deben lavarse con un solvente para limpiar la resina húmeda de sus superficies. [dieciséis]

También es posible imprimir objetos "de abajo hacia arriba" utilizando una tina con un fondo transparente y enfocando el láser de polimerización UV o azul profundo hacia arriba a través del fondo de la tina. [dieciséis]Una máquina de estereolitografía invertida inicia una impresión bajando la plataforma de construcción para tocar el fondo de la tina llena de resina, luego se mueve hacia arriba la altura de una capa. Luego, el láser UV escribe la capa más inferior de la pieza deseada a través del fondo transparente de la cuba. Luego, la tina se "balancea", flexionando y despegando el fondo de la tina del fotopolímero endurecido; el material endurecido se desprende del fondo de la tina y permanece adherido a la plataforma de construcción ascendente, y un nuevo fotopolímero líquido fluye desde los bordes de la parte parcialmente construida. Luego, el láser UV escribe la segunda capa desde abajo y repite el proceso. Una ventaja de este modo ascendente es que el volumen de construcción puede ser mucho mayor que la tina misma,y solo se necesita suficiente fotopolímero para mantener el fondo de la tina de construcción continuamente lleno de fotopolímero. Este enfoque es típico de las impresoras SLA de escritorio, mientras que el enfoque del lado derecho hacia arriba es más común en los sistemas industriales.[4]

La estereolitografía requiere el uso de estructuras de soporte que se adhieren a la plataforma del elevador para evitar la desviación debido a la gravedad, resistir la presión lateral de la hoja llena de resina o retener las secciones recién creadas durante el "balanceo de la cuba" de la impresión de abajo hacia arriba. Normalmente, los soportes se crean automáticamente durante la preparación de modelos CAD y también se pueden realizar manualmente. En cualquier situación, los soportes deben retirarse manualmente después de la impresión. [4]

Otras formas de estereolitografía construyen cada capa mediante enmascaramiento de LCD o utilizando un proyector DLP. [17]

Materiales [ editar ]

Los materiales líquidos utilizados para la impresión SLA se denominan comúnmente "resinas" y son polímeros termoendurecibles. Hay una amplia variedad de resinas disponibles comercialmente y también es posible usar resinas caseras para probar diferentes composiciones, por ejemplo. Las propiedades de los materiales varían según las configuraciones de la formulación: "los materiales pueden ser blandos o duros, muy llenos de materiales secundarios como vidrio y cerámica, o imbuidos de propiedades mecánicas como alta temperatura de deflexión térmica o resistencia al impacto". [18] Es posible clasificar las resinas en las siguientes categorías: [19]

  • Resinas estándar, para prototipos generales
  • Resinas de ingeniería, para propiedades mecánicas y térmicas específicas
  • Resinas dentales y médicas, para certificaciones de biocompatibilidad
  • Resinas moldeables, para cero contenido de cenizas después del quemado.

Usos [ editar ]

Modelado médico [ editar ]

Modelo estereolitográfico de un cráneo

Los modelos estereolitográficos se han utilizado en medicina desde la década de 1990, [20] para crear modelos 3D precisos de varias regiones anatómicas de un paciente, basados ​​en datos de escaneos informáticos. [21] El modelado médico implica primero adquirir una tomografía computarizada , una resonancia magnética u otra exploración. [22]Estos datos consisten en una serie de imágenes transversales de la anatomía humana. En estas imágenes, diferentes tejidos se muestran con diferentes niveles de gris. La selección de una gama de valores de gris permite aislar tejidos específicos. A continuación, se selecciona una región de interés y se seleccionan todos los píxeles conectados al punto de destino dentro de ese rango de valores de gris. Esto permite seleccionar un órgano específico. Este proceso se conoce como segmentación. A continuación, los datos segmentados pueden traducirse a un formato adecuado para la estereolitografía. [23]Si bien la estereolitografía suele ser precisa, la precisión de un modelo médico depende de muchos factores, especialmente del operador que realiza la segmentación correctamente. Existen posibles errores al hacer modelos médicos utilizando estereolitografía, pero estos pueden evitarse con práctica y operadores bien capacitados. [24]

Los modelos estereolitográficos se utilizan como ayuda para el diagnóstico, la planificación preoperatoria y el diseño y fabricación de implantes. Esto podría implicar la planificación y ensayo de osteotomías , por ejemplo. Los cirujanos utilizan modelos para ayudar a planificar las cirugías [25], pero los protésicos y tecnólogos también utilizan modelos como ayuda para el diseño y fabricación de implantes personalizados. Por ejemplo, los modelos médicos creados mediante estereolitografía se pueden utilizar para ayudar en la construcción de placas de craneoplastia . [26] [27]

En 2019, científicos de la Universidad de Rice publicaron un artículo en la revista Science , presentando materiales de hidrogel blando para estereolitografía utilizados en aplicaciones de investigación biológica. [28]

Prototipos [ editar ]

La estereolitografía se utiliza a menudo para la creación de prototipos de piezas. Por un precio relativamente bajo, la estereolitografía puede producir prototipos precisos, incluso de formas irregulares. [29] Las empresas pueden utilizar esos prototipos para evaluar el diseño de su producto o como publicidad del producto final. [25]

Ventajas y desventajas [ editar ]

Ventajas [ editar ]

Una de las ventajas de la estereolitografía es su rapidez; las piezas funcionales se pueden fabricar en un día. [9] El tiempo que lleva producir una sola pieza depende de la complejidad del diseño y el tamaño. El tiempo de impresión puede durar desde horas hasta más de un día. [9] Los prototipos y diseños hechos con estereolitografía son lo suficientemente fuertes como para ser mecanizados [30] [31] y también se pueden usar para hacer patrones maestros para moldeo por inyección o varios procesos de fundición de metales . [30]

Desventajas [ editar ]

Aunque la estereolitografía se puede utilizar para producir prácticamente cualquier diseño sintético, [14] a menudo es costoso, aunque el precio está bajando. Los fotopolímeros comunes que antes costaban alrededor de US $ 200 por litro, ahora cuestan US $ 40 por litro, [32] [se necesita una mejor fuente ] y las máquinas SLA profesionales pueden costar US $ 250.000 . [33] Desde 2012, [34] sin embargo, el interés público en la impresión 3D ha inspirado el diseño de varias máquinas SLA de consumo que pueden costar considerablemente menos: desde US $ 3500 para la Form 2 de Formlabs , [16] por ejemplo, a tan poco comoUS $ 200 por el Anycubic Photon. [35] A partir de 2016, la sustitución de los métodos SLA y DLP por un panel LCD de alto contraste y alta resolución ha reducido los precios por debajo de los 200 dólares estadounidenses . Las capas se crean en su totalidad, ya que la capa completa se muestra en la pantalla LCD. y se expone mediante LED UV que se encuentran debajo. Se pueden alcanzar resoluciones de 0,01 mm. Otra desventaja es que los fotopolímeros son pegajosos, sucios y deben manipularse. Las piezas recién hechas deben lavarse, curarse más y secarse. [36]

Ver también [ editar ]

  • Modelado de deposición fundida (FDM)
  • Sinterización selectiva por láser (SLS)
  • Termoformado

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c Patente de Estados Unidos 4.575.330 ("Aparato para la producción de objetos tridimensionales por estereolitografía")
  2. ^ "Patente de Estados Unidos para aparatos para la producción de objetos tridimensionales por estereolitografía Patente (Patente # 4.575.330 emitida el 11 de marzo de 1986) - Búsqueda de Patentes de Justia" . patents.justia.com . Consultado el 24 de abril de 2019 .
  3. ^ a b Gibson, Ian y Jorge Bártolo, Paulo. "Historia de la estereolitografía". Estereolitografía: materiales, procesos y aplicaciones. (2011): 41-43. Impresión. 7 de octubre de 2015.
  4. ^ a b c d "La guía definitiva para la impresión 3D de estereolitografía (SLA)" . Formlabs . Formlabs, Inc . Consultado el 26 de diciembre de 2017 .
  5. ^ Jean-Claude, Andre. "Disdpositif pour realiser un modele de piece industrielle" . National De La Propriete Industrielle .
  6. ^ Moussion, Alexandre (2014). "Entrevista d'Alain Le Méhauté, l'un des pères de l'impression 3D" . Primante 3D .
  7. ^ Mendoza, Hannah Rose (15 de mayo de 2015). "Alain Le Méhauté, el hombre que presentó la patente para la impresión 3D SLA antes de Chuck Hull" . 3dprint.com . 3DR Holdings, LLC.
  8. ^ "Estereolitografía / Impresión 3D / Fabricación aditiva" . Fotopolímeros . Asociados de Savla. Archivado desde el original el 14 de febrero de 2008 . Consultado el 10 de agosto de 2017 .
  9. ↑ a b c d Hull, Chuck (2012). "Sobre estereolitografía". Prototipos virtuales y físicos . 7 (3): 177. doi : 10.1080 / 17452759.2012.723409 . S2CID 219623097 . 
  10. ^ "Nuestra historia" . Sistemas 3D . 3D Systems, Inc . Consultado el 10 de agosto de 2017 .
  11. ^ Jacobs, Paul F. "Introducción a la fabricación y creación de prototipos rápidos". Fabricación y creación rápida de prototipos: fundamentos de la estereolitografía. 1ª Ed. (1992): 4 a 6. Impresión. 7 de octubre de 2015.
  12. ^ B. Asberg, G. Blanco, P. Bose , J. García-López, M. Overmars , G. Toussaint , G. Wilfong y B. Zhu, "Viabilidad del diseño en estereolitografía", Algorithmica , Número especial sobre geometría computacional en Fabricación, vol. 19, No. 1/2, septiembre / octubre de 1997, págs. 61–83.
  13. ^ Crivello, James V. y Elsa Reichmanis. "Materiales y procesos fotopoliméricos para tecnologías avanzadas". Química de Materiales Chem. Mater. 26.1 (2014): 533. Imprimir.
  14. ↑ a b Lipson, Hod, Francis C. Moon, Jimmy Hai y Carlo Paventi. "Impresión 3D de la historia de los mecanismos". Revista de diseño mecánico J. Mech. Des. (2004): 1029-033. Impresión.
  15. ^ Fouassier, JP "Reacciones de fotopolimerización". The Wiley Database of Polymer Properties 3 (2003): 25. Imprimir.
  16. ^ a b c Ngo, Dong. "Revisión de la impresora 3D Formlabs Form 2: una excelente impresora 3D por un precio elevado" . CNET . Consultado el 3 de agosto de 2016 .Más específicamente, cuando la plataforma de impresión desciende hacia el tanque de vidrio de resina, una luz láser ultravioleta, desde debajo del tanque transparente, brilla sobre ella. (Por esta razón, SLA a veces se denomina tecnología de impresión láser 3D). Expuesta a la luz láser, la resina cura, solidifica y se adhiere a la plataforma. A medida que se expone más resina a la luz láser, se crea el patrón y se une a la capa superior. A medida que se crean más y más capas, la plataforma de construcción se mueve lentamente, muy lentamente, hacia arriba, y finalmente saca todo el objeto del tanque cuando finaliza el proceso de impresión.
  17. ^ rsilvers. "Sobre la diferencia entre las impresoras SLA basadas en DLP y LCD | Matter Replicator" . Consultado el 17 de marzo de 2019 .
  18. ^ "La guía definitiva para la impresión 3D de estereolitografía (SLA) (actualizada para 2020)" . Formlabs . Consultado el 21 de octubre de 2020 .
  19. ^ "Materiales de impresión SLA 3D comparados" . Hubs 3D . Consultado el 21 de octubre de 2020 .
  20. ^ Klimek, L; Klein HM; Schneider W; Mosges R; Schmelzer B; Voy ED (1993). "Modelado estereolitográfico para cirugía reconstructiva de cabeza". Acta Oto-Rhino-Laryngologica Belgica . 47 (3): 329–34. PMID 8213143 . 
  21. ^ Bouyssie, JF; Bouyssie S; Sharrock P; Duran D (1997). "Modelos estereolitográficos derivados de la tomografía computarizada de rayos X. Precisión de reproducción". Anatomía quirúrgica y radiológica . 19 (3): 193–9.
  22. ^ Bobinadora, RJ; Bibb, R (2009). "Una revisión de los problemas que rodean la tomografía computarizada tridimensional para el modelado médico utilizando técnicas de creación rápida de prototipos" . Radiografía . 16 : 78–83. doi : 10.1016 / j.radi.2009.10.005 .
  23. ^ Bibb, Richard (2006). Modelado médico: la aplicación de tecnologías avanzadas de diseño y desarrollo en medicina . Cambridge: Woodhead Publishing Ltd. ISBN 978-1-84569-138-7.
  24. ^ Bobinadora, RJ; Bibb, R (2005). "Tecnologías de prototipado rápido médico: estado del arte y limitaciones actuales para su aplicación en cirugía oral y maxilofacial" . Revista de Cirugía Oral y Maxilofacial . 63 (7): 1006–15. doi : 10.1016 / j.joms.2005.03.016 . PMID 16003630 . 
  25. ^ a b "Aplicaciones de SLA" . Estereolitografía . Consultado el 7 de octubre de 2016 .
  26. ^ D'Urso, Paul; Effeney, David; Earwaker, W. John; Barker, Timothy; Redmond, Michael; Thompson, Robert; Tomlinson, Francis (abril de 2000). "Craneoplastia personalizada mediante estereolitografía y acrílico". Revista Británica de Cirugía Plástica . 53 (3): 200-204. doi : 10.1054 / bjps.1999.3268 . PMID 10738323 . 
  27. ^ Klein, HM; Schneider, W .; Alzen, G .; Voy, ED; Günther, RW (octubre de 1992). "Cirugía craneofacial pediátrica: comparación de fresado y estereolitografía para la fabricación de modelos 3D". Radiología pediátrica . 22 (6): 458–460. doi : 10.1007 / BF02013512 . PMID 1437375 . S2CID 12820200 .  
  28. ^ https://science.sciencemag.org/content/364/6439/458.editor-summary
  29. ^ Palermo, Elizabeth (16 de julio de 2013). "¿Qué es la estereolitografía?" . Ciencia viva . Grupo Purch . Consultado el 7 de octubre de 2016 .
  30. ^ a b "Esterolitografía" . Proto3000 . Proto3000 Inc . Consultado el 22 de junio de 2018 .
  31. ^ "Tecnologías de impresión 3D" . Impresión 3D de Luma . LUMA-iD Ltd . Consultado el 22 de junio de 2018 .
  32. ^ www.amazon.com https://www.amazon.com/Anycubic-POT016-PRINTER-500Mll-500G-Grey-Bottle/dp/B079GR1L19/ref=sr_1_3?ie=UTF8&qid=1545371278&sr=8-3&keywords=3d+ resina . Consultado el 21 de diciembre de 2018 . Falta o vacío |title=( ayuda )
  33. ↑ Brain, Marshall (5 de octubre de 2000). "Cómo funciona la estereolitografía en capas 3-D" . Howstuffworks . Infospace LLC . Consultado el 17 de diciembre de 2015 .
  34. ^ Prindle, Drew (6 de junio de 2017). "Con láseres y nailon caliente, Formlabs llevó la impresión 3D a un nivel completamente nuevo" . Tendencias digitales . Designtechnica Corporation . Consultado el 24 de septiembre de 2018 .
  35. ^ "Fotón LCD | Impresora 3D | Impresora 3D ANYCUBIC - Piensa en grande, hazlo más grande" . www.anycubic3d.com . Consultado el 21 de diciembre de 2018 .
  36. ↑ incluso (19 de junio de 2015). "Postprocese sus impresiones SLA en 4 sencillos pasos" . Kudo3D Inc . Consultado el 21 de diciembre de 2018 .

Fuentes [ editar ]

  • Kalpakjian, Serope y Steven R. Schmid (2006). Ingeniería y tecnología de fabricación , 5ª edición. Ch. 20. Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Prentice Hall. págs. 586–587.

Enlaces externos [ editar ]

  • Animación de creación rápida de prototipos y estereolitografía : la animación demuestra la estereolitografía y las acciones de una máquina SL
  • Video de microestereolitografía para aplicaciones biomédicas