La evolución de la tecnología de impresión 3D de HP:de polímero a metal AM

HP avanza a toda velocidad con su estrategia de impresión 3D. Desde su primera incursión en la fabricación aditiva (AM) en 2016, la empresa ha lanzado varios sistemas de impresión 3D de polímeros y, más recientemente, ha introducido la tecnología Metal Jet.

Para mantenerse al día con los avances en la impresión 3D de HP, a continuación exploramos la evolución de su tecnología y lo que significa para el futuro de la industria de la impresión 3D.

Inmersión en la impresión 3D

La impresión 3D tiene muchas barreras de entrada, desde el punto de vista económico, tecnológico y laboral.

Por ejemplo, muchas impresoras 3D industriales todavía están por detrás de los equipos tradicionales en términos de velocidad y eficiencia. Luego también hay una curva de aprendizaje empinada para dominar AM. Pero la mayor barrera para la adopción tal vez radique en una inversión sustancial necesaria para poner AM en el piso de producción.

HP comenzó su viaje de AM para democratizar la impresión 3D brindando a las empresas velocidades de construcción radicalmente más rápidas, piezas funcionales de alta calidad y una economía revolucionaria.

Este viaje llevó al lanzamiento de Multi Jet Fusion en 2016.

HP Multi Jet Fusion (MJF) es una tecnología Powder Bed Fusion (PBF), lo que significa que utiliza polvo plástico para crear piezas. El proceso MJF comienza esparciendo una fina capa de polvo sobre la base de la impresora.

Un agente de fusión, diseñado para absorber energía infrarroja, se lanza a través del lecho trazando los contornos de la pieza.

Después de este paso se aplica la luz infrarroja que calienta las áreas con el agente de fusión, derritiendo y fusionando el polvo en esas áreas. Capa por capa, el proceso se repite, construyendo lentamente la pieza.

Con su tecnología MJF, HP presentó un nuevo punto de referencia en la impresión 3D de polímero PBF. Por un lado, las máquinas MJF logran propiedades mecánicas más consistentes, una velocidad de proceso más rápida y una mayor precisión que procesos similares como el sinterizado selectivo por láser (SLS).

Al comparar el costo de las piezas MJF y SLS, Xometry, un mercado de fabricación en línea, descubrió que producir una pieza con MJF cuesta un 30 por ciento menos de imprimir que su contraparte SLS. Y esta diferencia aumenta a medida que aumenta el volumen de las piezas, debido a la capacidad de la impresora HP MJF para imprimir varias piezas simultáneamente.

En camino hacia la impresión 3D de polímeros industrializados

Revolucionaria en muchos sentidos, la tecnología MJF de HP se orientó hacia la creación de prototipos funcionales y la producción en volumen desde el principio.

El primer sistema Jet Fusion (JF) 3D 4200 de la empresa, lanzado a finales de 2016, se ha ganado la reputación de ser una de las mejores máquinas de producción de bajo volumen en su clase de sistemas PBF.

Compuesto por la impresora, la estación de enfriamiento y dos unidades de construcción, el sistema JF 4200 tiene como objetivo agilizar los pasos de impresión y posprocesamiento tanto como sea posible.

Las unidades de construcción intercambiables son particularmente útiles, ya que permiten un proceso de impresión continuo, al poder moverse desde la impresora directamente a la estación de posprocesamiento para enfriar y limpiar tan pronto como termine la impresión.

Gracias a su enfoque en la producción y la calidad, el sistema fue bien recibido en el mercado. Por ejemplo, el informe Digital Manufacturing Trends Q2 / 2018 de 3D Hubs, la plataforma global de fabricación como servicio, clasificó a la HP Jet Fusion 3D 4200 en el puesto 2, según su Clasificación de calidad de la impresora, y la máquina ocupó el primer lugar en en términos de la cantidad de piezas producidas ese año.

En términos de aplicaciones, las capacidades del sistema JF 4200 son amplias. Se puede utilizar para cualquier cosa, desde prototipos funcionales hasta herramientas, hasta la producción de tiradas cortas de piezas de uso final.

Un ejemplo notable de lo que es posible con el sistema JF 4200 es un anuncio el año pasado de la asociación de HP con SmileDirectClub, un fabricante de dispositivos transparentes de enderezamiento de dientes, llamados alineadores transparentes.

A través de esta asociación, SmileDirectClub ha instalado 49 sistemas de impresión 3D HP Jet Fusion para producir más de 50.000 moldes únicos al día. Estos moldes se utilizan luego para moldear alineadores transparentes.

Con su tecnología, HP 3D Printing ha ayudado a SmileDirectClub a acelerar su crecimiento y satisfacer la creciente demanda de los clientes.

Entrar en el campo de la impresión 3D a todo color

Después del lanzamiento del sistema JF 4200, el siguiente gran anuncio llegó al mercado en 2018, con el lanzamiento de la serie de impresoras 3D a todo color, Jet Fusion 300/500.

Precisión , la impresión 3D en color asequible es el objetivo final de muchos fabricantes, muchos de los cuales pasan incontables horas teñiendo sus impresiones 3D después han dejado la cama de impresión. Una solución mejor, pero costosa y exclusiva para una gama selecta de sistemas AM, es simplemente imprimir objetos en 3D a todo color.

La nueva serie, desarrollada por HP, complementa su gama existente de Impresoras 3D industriales que actualmente imprimen solo en gris y ofrecen una opción asequible para desarrolladores de productos pequeños o medianos.

Al llevar la impresión 3D a todo color a la mesa, la nueva gama también es una clara competencia para máquinas existentes de Stratasys y 3D Systems.

El siguiente nivel:fabricación aditiva por volumen

En 2018, HP habría logrado un hito de 10 millones de piezas producidas con su tecnología. Pero la empresa no quería detenerse solo en eso. HP quería ir más allá y desbloquear el nuevo nivel de fabricación en volumen en la impresión 3D.

El uso de la impresión 3D en la producción en serie ha sido una de las tendencias clave que han dado forma a la industria durante los últimos años. A medida que las empresas encuentran más aplicaciones para la tecnología en producción, demandan soluciones que puedan soportar el aumento de los volúmenes de producción.

Si bien muchos actores en el mercado han estado desarrollando soluciones orientadas a un mayor rendimiento, posiblemente ninguno ha sido tan rápido como HP.

2019 marcó otro año trascendental para HP, ya que lanzó la nueva serie 5200 centrada en la producción de sus impresoras 3D MJF.

Si bien la serie 500/300 de impresoras 3D tiene como objetivo la creación de prototipos funcionales y la serie 4200 está destinada a la producción de pequeño volumen, la serie más nueva ha marcado un nuevo capítulo en la historia de la impresión 3D en HP:volumen fabricación, con precisión y repetibilidad, comparada con el moldeo por inyección.

Entre las características más notables de la Serie 5200 se encuentra la potencia mejorada de las lámparas dentro de las impresoras 3D 5200. Esto permite que el nuevo sistema fusione polvo en una sola pasada, a diferencia del modo de dos pasadas de los sistemas anteriores. Como resultado, el sistema tiene una mejora del 40 por ciento en la productividad y abre posibilidades para la impresión 3D de materiales de alta temperatura.

Varias empresas ya están utilizando los sistemas Jet Fusion 5200 de HP para aplicaciones de producción. Un ejemplo es el fabricante de turbinas eólicas, Vestas, que está utilizando la tecnología y el material de TPU para producir componentes de protección para sus palas de aerogeneradores.

Además, el fabricante canadiense de cascos, Kupol, también está trabajando con el sistema para imprimir en 3D cascos más seguros y cómodos. La propia HP está aprovechando su tecnología para producir componentes para sus otras máquinas de impresión.

Claramente, los nuevos sistemas amplían significativamente las operaciones de AM de HP y permiten a sus clientes explotar verdaderamente la fabricación digital.

Hoja de ruta de materiales de impresión 3D de HP

La hoja de ruta de la impresión 3D de HP ha llevado gradualmente a la empresa desde la creación de prototipos y la producción de bajo volumen hasta la fabricación aditiva en serie.

Si bien el hardware juega un papel importante en este progreso, sería difícil, si no imposible, aprovechar al máximo MJF sin el desarrollo continuo de nuevos materiales.

Cuando MJF se introdujo por primera vez en 2016, la tecnología se limitaba a un material:la poliamida 12 (PA12), también conocida como nailon. Poco a poco, HP ha ido ampliando su cartera de materiales para incluir una gama más amplia de termoplásticos.

Por ejemplo, la serie 4200 puede imprimir en diferentes tipos de nailon en la actualidad, incluidos los abalorios de vidrio PA 11 y PA 12, un nailon relleno al 40% con cuentas de vidrio, así como un TPU flexible y suave. material.

Si bien la mayoría de estos materiales están disponibles en la última serie 5200, recientemente se lanzó un material, polipropileno (PP), específicamente para las impresoras 3D más nuevas.

Desarrollado en asociación con BASF, el PP es un termoplástico versátil, duradero y químicamente resistente, que tiene las mismas propiedades que los PP comúnmente usados ​​en el moldeo por inyección, incluyendo resistencia química, baja absorción de humedad y larga duración. plazo de durabilidad.

Gracias a estas propiedades, el PP es especialmente adecuado para clientes de los sectores automotriz, de consumo, industrial y médico.

Alta reutilización de los materiales de HP

Una cosa particularmente interesante acerca de los materiales de HP es su alta capacidad de reutilización.

En el polímero PBF, el polvo que rodea la pieza impresa es el mismo material que se utiliza para imprimir una pieza, y tiende a ser caro. Por supuesto, esto no sería un problema si el polvo pudiera reutilizarse al 100%, lo que actualmente es imposible.

Una razón es que, en los procesos de PBF, los polímeros se exponen a altas temperaturas durante mucho tiempo. periodos, sufriendo así cambios químicos que hacen que sus características de sinterización sean mucho menos predecibles. Actualmente, la única forma de superar este problema es mezclando polvo 'usado pero sin fundir' con polvo virgen, para poder reutilizarlo.

En el proceso SLS, solo alrededor del 30 al 50 por ciento del polvo se puede reciclar, mientras que con MJF se puede reutilizar hasta el 80 por ciento del polvo. Este alto nivel de reutilización del polvo se logra mediante la innovación de materiales.

Por ejemplo, HP 3D High Reusability PA 122 ha sido diseñado para evitar el crecimiento molecular mientras el material está expuesto a la temperatura con el tiempo. Estos materiales se conocen como materiales de reactividad media a baja y se pueden reutilizar hasta en un 80 por ciento sin degradar el material y, en consecuencia, sin afectar la calidad de la pieza.

HP planea continuar expandiendo la paleta de materiales aún más, ofrece una familia más amplia de termoplásticos, incluidos aquellos con propiedades retardantes de llama, elastómeros, poliamidas, plásticos básicos y materiales de alto rendimiento.

Para este progreso será crucial la plataforma abierta HP Multi Jet Fusion, que invita a las empresas químicas a colaborar en el desarrollo de materiales para acelerar la innovación de materiales.

La nueva frontera:impresión 3D en metal

En su presencia relativamente corta en el mercado de impresión 3D de polímeros, HP se ha establecido como un disruptor ágil y ambicioso. Ahora la empresa avanza hacia la próxima frontera:la impresión 3D de metal.

Introducido en 2018, la próxima extensión de sus ofertas de aditivos es un sistema de impresión 3D Metal Jet, impulsado por tecnología de inyección de aglutinante.

En el chorro de aglutinante metálico, se aplica selectivamente un aglutinante líquido para unir las partículas de polvo, capa por capa.

El proceso comienza esparciendo una fina capa de polvo, con los cabezales de impresión depositando estratégicamente gotitas de aglutinante sobre el lecho de polvo. Luego, la plancha de impresión baja y se extiende otra capa de polvo.

Sin embargo, la ventaja única que HP introdujo en esta tecnología radica en su innovadora tecnología de tinta y cabezal de impresión.

Aunque la tecnología de inyección de aglutinante es intrínsecamente rápida, HP ha aplicado su conocimiento de la tecnología de cabezales de impresión para hacerlo aún más rápido. El sistema Metal Jet está equipado con 6 cabezales de impresión, con 5280 boquillas cada uno. Tener estas múltiples filas de boquillas aporta una mayor productividad y confiabilidad a la impresora.

Además, aprovechando su experiencia en tecnología de tintas, HP ha desarrollado un agente aglutinante innovador para hacer que el proceso de sinterización sea más rápido y económico.

"Con el moldeo por inyección de metal, normalmente tiene más del 10% en peso de aglutinante que debe quemarse. En nuestro caso, tenemos menos del 1%, que es un orden de magnitud menor, lo que hace que la sinterización sea más rápida, de menor costo y mucho más sencilla '', dice Tim Weber, Director Global de Metales de HP, en una entrevista con AMFG. .

Estos avances, combinados, dan como resultado una impresora 3D de metal, que se dice que logra economías y eficiencias comparables a las tecnologías de producción convencionales.

Sin embargo, HP aún no vende la máquina. En cambio, la compañía ha lanzado un servicio de producción de piezas, buscando que la impresora 3D esté disponible comercialmente en 2021.

Teniendo en cuenta las afirmaciones que HP ha hecho sobre Metal Jet, esta tecnología podría convertirse en la clave para desbloquear una propuesta de valor para la impresión 3D de metal en producción de gran volumen.

Una industria que podría beneficiarse particularmente de esta tecnología es la automotriz. Volkswagen ha estado colaborando con HP en su tecnología de impresión 3D de metal durante dos años, buscando integrar piezas estructurales impresas Metal Jet, como perillas de cambio de velocidades y soportes de retrovisores, en la próxima generación de sus vehículos.

Impulsar la fabricación digital

Puede que HP no sea el jugador más antiguo en la industria de la impresión 3D, pero demuestra ser el jugador decidido a convertirse en el líder del mercado.

La prueba de esto no es solo la ambiciosa hoja de ruta de la impresión 3D de HP, sino también su total confianza en su tecnología. Esta confianza, por ejemplo, permite a HP utilizar la impresión 3D como parte de su cadena de suministro, produciendo piezas para sus impresoras 3D.

La empresa ha apostado por la impresión 3D como tecnología de fabricación digital desde Primero probó las aguas de esta industria. Ahora HP está aumentando su impulso en la impresión 3D, y será emocionante ver a dónde conducirá tanto a la empresa como a la industria.