¿Podría la impresión 3D multimaterial ser el siguiente paso para AM?

La impresión 3D multimaterial es una técnica innovadora de fabricación aditiva que permite la creación de objetos con diferentes materiales y propiedades. Al agregar más complejidad a una pieza, la impresión 3D de múltiples materiales puede mejorar en gran medida el rendimiento y la funcionalidad de la pieza. La tecnología, por lo tanto, abre una gama completamente nueva de posibilidades de diseño y producción, y permite la creación de objetos que de otro modo serían imposibles.

Actualmente, la impresión 3D de múltiples materiales es posible con una gama de plásticos, polímeros e incluso siliconas, lo que la convierte en una solución ideal para producir prototipos y modelos conceptuales realistas a todo color. En este tutorial, profundizaremos en los beneficios de la impresión 3D de múltiples materiales, los procesos actuales que están disponibles, así como los casos de uso y aplicaciones más comunes.

¿Cuáles son las ventajas de la impresión 3D de múltiples materiales?

Uno de los beneficios clave de la impresión 3D de múltiples materiales es que las piezas complejas con se pueden crear diferentes propiedades de material en un solo proceso de impresión. Esto difiere de las piezas de un solo material, que requieren ensamblaje para crear una pieza con diferentes propiedades de material. Por lo tanto, la impresión 3D de múltiples materiales puede reducir la cantidad de pasos necesarios para producir un objeto, lo que resulta en un ciclo de desarrollo de producto más rápido.

Los diseñadores y fabricantes también pueden beneficiarse enormemente de la impresión 3D de múltiples materiales, ya que la combinación de diferentes propiedades de los materiales (como la translucidez y la rigidez) dentro de una pieza puede llevar la validación del diseño y las pruebas funcionales al siguiente nivel.

Otra ventaja de utilizar varios materiales en la impresión 3D es la capacidad de crear gradaciones de color. Al mezclar materiales en varias proporciones, se pueden lograr diferentes combinaciones de colores y tonos sin necesidad de pintura posterior, lo que ahorra tiempo durante la etapa de posprocesamiento.

¿Cómo funciona la impresión 3D de múltiples materiales?

Con la impresión 3D de múltiples materiales, se pueden usar diferentes materiales dentro de un solo objeto impreso en 3D. Sin embargo, si bien la impresión 3D de múltiples materiales actualmente es capaz de procesar materiales como termoplásticos y polímeros, aún no es posible combinar diferentes metales o cerámicas en este momento.

En la actualidad, empresas como Stratasys y 3D Systems ofrecen soluciones de impresión 3D de múltiples materiales para la creación de prototipos y modelado. Por ejemplo, el sistema de materiales múltiples Connex de Stratasys ofrece las siguientes opciones de impresión:

• Bandeja mixta :Esta opción le permite producir simultáneamente varias piezas compuestas por diferentes materiales y, por lo tanto, diferentes propiedades dentro de una sola construcción. La opción de bandeja mixta es potencialmente una opción ideal para empresas que requieren prototipos de gran volumen.
• Parte mixta: Las impresoras 3D de múltiples materiales también pueden imprimir piezas con diferentes propiedades en áreas específicas. Además, la combinación de materiales dentro de una pieza elimina la necesidad de ensamblar piezas separadas posteriormente.
• Materiales digitales: Creado mediante la mezcla de dos o más materiales, los materiales digitales se utilizan para crear un objeto con propiedades y apariencia mejoradas que no se pueden lograr si una pieza se imprime en 3D en un solo material.

¿Qué tecnologías se utilizan para la impresión 3D de múltiples materiales?

Actualmente, el chorro de material es la tecnología más utilizada para la impresión 3D de múltiples materiales. Con el chorro de material, los cabezales de impresión depositan gotas de un material fotosensible (o una mezcla de materiales o diferentes materiales a través de diferentes cabezales de impresión) que cura bajo luz ultravioleta (UV). Luego, la pieza se crea capa por capa utilizando este proceso.

Stratasys y 3D Systems son los principales fabricantes de impresoras 3D multimaterial basadas en tecnología de inyección de material. Por ejemplo, el sistema de impresión 3D Connex ™ de Stratasys funciona inyectando dos o tres materiales plásticos diferentes durante el proceso de impresión 3D. Esto da como resultado que la pieza terminada posea diferentes propiedades (como rigidez y flexibilidad) simultáneamente.

¿Qué materiales se pueden utilizar para la impresión 3D de múltiples materiales?

Actualmente, las opciones de material más ampliamente disponibles para la impresión 3D de múltiples materiales son las resinas de fotopolímero de base acrílica y los compuestos de plásticos rígidos y elastómeros. 3D Systems, por ejemplo, presentó el año pasado una nueva impresora 3D de gran formato y multimaterial ProJet MJP 5600, que funciona con una gama de resinas plásticas y sus combinaciones para crear prototipos completamente ensamblados y geometrías complejas con múltiples propiedades de los materiales.

Aunque los materiales pueden variar en propiedades mecánicas, los avances en los materiales de impresión 3D significan que también están disponibles compuestos de grado de ingeniería.

Una de las últimas innovaciones en impresión 3D multimaterial es la impresión 3D de silicona, una tecnología desarrollada por ACEO®, una subsidiaria de Wacker Chemie AG y usuaria de RP Platform desde hace mucho tiempo. La innovadora tecnología de silicona de ACEO® permite la producción de piezas de silicona con diferentes colores, durezas y propiedades. Una aplicación útil de esto es la creación de siliconas que tienen propiedades aislantes y conductoras, ya que pueden usarse para crear una pieza ensamblada con conductividad eléctrica integrada.

Aplicaciones de la impresión 3D de múltiples materiales

Las posibilidades de la impresión 3D de múltiples materiales son realmente infinitas, con una amplia gama de casos de uso en las industrias de consumo, médica y otras.

Actualmente, la impresión 3D de múltiples materiales se utiliza principalmente durante el desarrollo de productos. Por ejemplo, la empresa de equipos de natación, Speedo, ha utilizado la tecnología para crear elementos como gafas y otros equipos de natación como parte del ciclo de diseño del producto. La creación de otros productos, como prototipos funcionales de sellos, juntas, neumáticos y suelas de calzado, también es posible con la impresión 3D de múltiples materiales, y la tecnología se utiliza para probar y verificar el diseño y la función del producto antes de pasar a producción.

Dado que la impresión 3D de múltiples materiales puede combinar materiales translúcidos y opacos, la industria médica ha adoptado la tecnología para crear modelos anatómicos realistas con fines educativos, así como modelos específicos para el paciente para la planificación y capacitación prequirúrgicas. La tecnología también permite crear piezas translúcidas con estructuras internas de colores, que se pueden utilizar para visualizar flujos de fluidos o para probar dispositivos médicos.

Los ingenieros mecánicos de la industria automotriz, aeroespacial y otras industrias pueden utilizar la impresión 3D de múltiples materiales para crear prototipos funcionales con apariencia de producto final (colores, etiquetas, etc.). Además de esto, la impresión 3D multimaterial permite fabricar moldes para series cortas de moldeo por inyección y herramientas sin necesidad de ensamblaje.

Un elemento interesante de la impresión 3D multimaterial avanzada es la capacidad de crear piezas con funciones integradas, lo que es particularmente útil para dispositivos electrónicos. Nano Dimension Ltd.ha logrado recientemente un gran avance en el desarrollo de tintas de impresión 3D de múltiples materiales. Las tintas conductoras y dieléctricas ahora se pueden usar simultáneamente para fabricar piezas, circuitos y antenas eléctricamente funcionales.

Desafíos

Si bien la impresión 3D de múltiples materiales se usa actualmente principalmente para la creación de prototipos, tiene un gran potencial para la producción de piezas compuestas de diferentes materiales y que poseen una combinación de propiedades mecánicas. Por lo tanto, se está investigando cómo se pueden superar los desafíos existentes para la impresión 3D de múltiples materiales de piezas funcionales.

La dificultad radica en desarrollar un proceso de producción escalable y repetible que pueda producir piezas finales de materiales múltiples de alta calidad. Esto es particularmente desafiante para metales y cerámicas, ya que existen claras limitaciones físicas en la co-fusión de dos materiales que tienen, por ejemplo, diferentes temperaturas de fusión y otras propiedades del material.

Sin embargo, la empresa Aerosint, con sede en Bélgica, afirma haber desarrollado un proceso único de lecho de polvo de múltiples materiales para producir piezas finales, con metales a la vista. La tecnología, que trabaja con polímeros, controla la distribución de dos tipos diferentes de polvos a nivel de vóxel que luego se sinterizan juntos.

Mirando hacia el futuro

Otra área fascinante de investigación es la bioimpresión de múltiples materiales, que podría tener un impacto revolucionario en áreas como la ingeniería de tejidos, la medicina regenerativa y la biodetección.

Sin embargo, hoy en día, la impresión 3D de múltiples materiales ofrece enormes oportunidades para el desarrollo de productos y las pruebas de validación, ya que la tecnología permite la creación de modelos y prototipos impresos en 3D realistas con diferentes propiedades.

En última instancia, el siguiente paso para la impresión 3D de múltiples materiales será cómo realizar con éxito el cambio a la producción de piezas finales con funciones integradas y propiedades mecánicas mejoradas. Esta área de desarrollo, que ya está experimentando mucha actividad en términos de investigación, ampliará el potencial de la fabricación aditiva a nuevos horizontes.