¿Qué salió mal con la impresión 3D y por qué ahora no hay voz?

Impresión 3D se denominó la tecnología de la nueva revolución industrial hace muchos años, entonces, ¿por qué la voz sobre la impresión 3D es cada vez más silenciosa ahora? ¿Es la impresión 3D realmente una tecnología que puede liderar la tendencia industrial? ¿Qué dificulta la posibilidad de que la impresión 3D logre una producción a gran escala?

Definición de impresión 3D

Impresión 3D, también conocida como “fabricación aditiva “, es una tecnología emergente de creación rápida de prototipos. A diferencia de los procesos de fabricación sustractivos tradicionales, la impresión 3D es una tecnología en la que los materiales se depositan o se unen capa por capa para construir objetos tridimensionales basados ​​en archivos de diseño de datos.

La tecnología de impresión 3D en el sentido moderno nació en los Estados Unidos a mediados de la década de 1980. Charles Hull (fundador de 3D Systems) y Scott Crump (fundador de Stratasys) son pioneros en tecnología de impresión 3D.

A finales de los 80 y principios de los 90, un grupo de pequeñas y medianas empresas tecnológicas estadounidenses, representadas por 3D Systems y DTM, desarrollaron sucesivamente estereolitografía (SLA) , sinterización selectiva por láser (SLS) y modelado de deposición de fusibles (FDM) . y otras rutas técnicas principales, después de más de 20 años de precipitación y mejora continua, se ha vuelto cada vez más maduro.

La mayor diferencia entre la impresión 3D y la fabricación tradicional radica en el proceso de formación de productos. En la fabricación tradicional, todo el proceso de fabricación generalmente necesita pasar por el proceso de apertura del molde, fundición o forjado, corte y ensamblaje de componentes. La impresión 3D elimina el proceso complicado, sin moho, moldeado de una sola vez. Por lo tanto, la impresión 3D puede superar algunos diseños que no se pueden lograr en la fabricación tradicional y hacer estructuras más complejas.

¿Por qué la impresión 3D no ha logrado la producción en masa?

La razón por la que la impresión 3D no puede lograr una producción a gran escala es que las condiciones para la producción a gran escala aún no están disponibles. Y la impresora 3D es esencialmente una sola máquina, es una forma de la cadena industrial existente, no un sistema de integración de capacidad de fabricación directa.

De hecho, hace 20 o 30 años, la tecnología de impresión 3D ha sido capaz de fabricar productos a partir de materiales como la resina. En los últimos años, la gama de materiales que se pueden procesar mediante la impresión 3D se ha ampliado para incluir materiales metálicos (tecnología de sinterización por láser) y ha reorganizado con éxito tecnologías de proceso que existían hace décadas, como la combinación de tecnologías de la información, rayos láser, etc. procesamiento superficial de productos o piezas y fabricación aditiva.

Pero en lo que respecta al desarrollo actual, el desarrollo de la tecnología de impresión 3D se basa en la mejora continua de la calidad de los componentes clave, como los láseres y los cañones de electrones.

La aplicación de la impresión 3D en la industria

En la fabricación industrial, las principales aplicaciones de las impresoras 3D son dos.

1. Algunas piezas o productos terminados con estructuras complejas son principalmente productos terminados con requisitos de alta precisión y detalles de proceso, incluidas piezas pequeñas y componentes grandes.

Es decir, la mayoría de las tecnologías de impresión 3D pueden superar las restricciones geométricas estructurales. Y por lo tanto, en el procesamiento de componentes a gran escala de ciertas estructuras, no solo se reduce la dificultad del proceso en comparación con los tradicionales, sino que también se reduce el costo.

Por ejemplo, la llamada Fabricación Aditiva Láser, tradicionalmente, el marco del fuselaje del F-22 está hecho de piezas forjadas de aleación de titanio. Debido a la tecnología de superposición de LAM, ahorra el 90% de materias primas muy caras y no requiere fabricación especial. Para los moldes, el costo de procesamiento, que originalmente equivalía a 1 o 2 veces el costo del material, ahora solo necesita el 10 % del original. Se estima aproximadamente que el costo de procesar una estructura compleja de aleación de titanio de 1 tonelada es de aproximadamente 25 millones de yuanes, y el costo de LAM es mucho más bajo que el del proceso tradicional.

2. Productos de emergencia o de fabricación rápida para determinadas industrias.

El más simple es el militar, que le da al equipo de mantenimiento mecánico el procesamiento de algunos productos terminados en el sitio para garantizar el mantenimiento de la plataforma mecánica en situaciones de emergencia.

En la mayoría de los casos, después de que los carros de combate terrestres y los vehículos blindados resultan dañados, más de un determinado porcentaje se abandona directamente por razones de costes. La impresión 3D puede resolver estos problemas, por supuesto, durante la marcha, cuando la logística es limitada, sin mencionar la rápida producción de algunos suministros.

Por ejemplo, el más famoso en el campo de la medicina es utilizar la impresión 3D para imprimir modelos de alta precisión para ayudar en el tratamiento. Por ejemplo, Stratasys Solidoodle 2 se puede utilizar para imprimir modelos de órganos internos o tejidos de pacientes para ayudar en la formulación de planes quirúrgicos precisos. Sin la necesidad de extremidades externas que sean compatibles con el tejido biológico, la impresión 3D médica permite una personalización profunda.

Los dispositivos médicos in vitro incluyen modelos médicos, dispositivos médicos como prótesis, audífonos, plantillas para cirugía dental, etc. Según las estadísticas de la organización estadounidense Amputee Coalition, alrededor de 2 millones de personas en los Estados Unidos utilizan actualmente prótesis impresas en 3D.

Razones por las que la impresión 3D no puede escalar

1. La eficiencia del modelo productivo

La eficiencia del moldeo integrado de monómeros definitivamente no es comparable a la eficiencia del “procesamiento + ensamblaje de piezas clasificadas en la industria”, porque este último está movilizando la capacidad de producción de todo el sistema de fabricación, y el procesamiento de productos semielaborados y la clasificación puede mejorar la eficiencia del proceso. Casi al máximo, equivale a la formación de una cadena de montaje en toda la industria.

Sin embargo, con el moldeado integrado del cuerpo único, el flujo de trabajo es completamente fijo y no se puede formar un efecto industrial de este tipo, y el cuerpo de la impresora 3D actual no puede soportar cargas de alta intensidad a largo plazo. Además, el costo de mantenimiento y la dificultad de la producción con una sola máquina son mucho más altos que el proceso tradicional de distribución uniforme de la cadena industrial.

2. Aplicabilidad de los materiales de impresión 3D

El primero es el problema del proceso causado por la aplicación del material.

Porque los polvos metálicos especiales deben fabricarse con anticipación; la densidad de los productos de metal impreso es baja, hasta el 98% de la densidad de las piezas fundidas y, en algunos casos, inferior a las propiedades mecánicas de las piezas forjadas, por supuesto, en algunos componentes, como los componentes grandes de aleación de titanio (como el relativamente caliente industria de la aviación) puede cumplir plenamente con las propiedades mecánicas, pero la situación general es discutible; algunos productos impresos tienen una calidad de superficie deficiente y una precisión de 2-10 μm, lo que requiere un procesamiento posterior, como esmerilado y pulido; El material de soporte es difícil de eliminar cuando se imprimen piezas en 3D con superficies curvas complejas.

3. Mayor costo que el mecanizado CNC tradicional

Por supuesto, este costo se debe principalmente al costo de mantenimiento de una sola máquina que funciona con una carga alta durante mucho tiempo, como se mencionó anteriormente, lo que resulta en un alto costo de producción a gran escala.

También está el costo de los materiales. El modelo de personalización profunda del tipo de pieza en realidad no es un modelo de producción de bajo costo con un amplio mercado.

¿La impresión 3D también interrumpirá la producción?

La impresión 3D no puede convertirse en un método de producción convencional debido a su incapacidad para lograr la producción en masa. Pero esto no significa que la impresión 3D no se convierta en una mejor parte del procesamiento y en una nueva tendencia en el procesamiento de productos en el futuro.

El problema principal ahora es que la industria actual de la impresión 3D necesita ubicar con precisión el tipo de mercado y la audiencia de sus productos, y promover el mercado dentro de la industria. La fabricación aditiva tiene que desarrollar un nuevo mundo en su propio campo nuevo. Es decir, las ventajas y conceptos de la fabricación aditiva completa, desarrollando aplicaciones y mercados propios.