Hardware, materiales y software:los 3 pilares del éxito de la impresión 3D

¿Cuáles son los secretos de una operación de fabricación aditiva exitosa?

Esta es una pregunta planteada por muchas partes interesadas de la industria, ya que la fabricación aditiva avanza cada vez más hacia la producción de piezas finales. Si bien la impresión 3D ha recorrido un largo camino, particularmente durante los últimos 10 años, quedan desafíos centrales que deben abordarse.

Los 3 pilares del éxito de la impresión 3D

Las claves para una operación AM exitosa se encuentran en 3 áreas cruciales:

1. Hardware
2. Materiales
3. Software

Estos elementos conforman lo que hemos denominado los 3 pilares de la impresión 3D industrial, ya que el movimiento de la tecnología hacia la producción de piezas finales dependerá de los avances continuos en cada una de estas áreas.

Dicho esto, echemos un vistazo a los desafíos que se enfrentan en cada una de estas esferas y los pasos que se están tomando para abordarlos.

Pilar n.º 1:hardware

Sin lugar a dudas, las impresoras 3D industriales de hoy están muy lejos de los primeros sistemas de la década de 1980. Se han vuelto más rápidas, más fiables y, cada vez más, los fabricantes están desarrollando impresoras 3D industriales con miras a la producción.

Precisión y repetibilidad

Pero para que la fabricación aditiva sea realmente viable para la producción de piezas finales, será vital que las máquinas se desarrollen para garantizar la repetibilidad y precisión del proceso el 100% del tiempo.

En lo que respecta a la fabricación aditiva, las piezas finales deben producirse con los mismos parámetros para conservar las mismas propiedades de la pieza. Tres factores clave para esto son:

• Orientación
• Posición
• Colocación de la pieza (en relación con otras piezas en la plataforma de impresión)

Y, sin embargo, la confiabilidad y la precisión siguen siendo un desafío continuo para los fabricantes de hardware. Tal como está, muchas impresoras 3D industriales no están ajustadas hasta el punto en que puedan crear piezas confiables el 100% del tiempo, particularmente en el caso de los metales. En comparación con los métodos tradicionales establecidos, esta es un área problemática que deberá resolverse para que la AM presente una alternativa valiosa.

Además, el proceso de impresión 3D a menudo da como resultado piezas con diferentes propiedades. Este problema se puede atribuir principalmente a los numerosos parámetros del proceso que deben controlarse y supervisarse estrictamente. Una forma de lidiar con esta complejidad es desarrollar sistemas de control de retroalimentación de circuito cerrado que aseguren la calidad y repetibilidad de la producción de piezas finales.

Velo3D es una empresa que ha incorporado un sistema de circuito cerrado de este tipo en sus impresoras 3D. El fabricante con sede en EE. UU. Ha lanzado recientemente su máquina Sapphire de lecho de polvo metálico, que se dice que ofrece una consistencia superior entre las partes gracias a la metrología de proceso integrada in situ. Esto permite un control de la masa fundida de circuito cerrado, lo que reduce la posibilidad de deformación y la variabilidad entre las piezas.

Velocidad y escalabilidad

Los problemas relacionados con la velocidad de impresión y la escalabilidad limitan el potencial de producción en masa de los sistemas de impresión 3D. Pero aquí también, los fabricantes de hardware están intentando superar este problema. Tomemos a HP, por ejemplo:el fabricante lanzó su sistema Multi Jet Fusion el año pasado con el objetivo de ampliar la producción de AM de piezas de plástico. Hasta la fecha, se han producido alrededor de 3,5 millones de piezas con las máquinas MJF, la mitad de ellas para aplicaciones de uso final.

HP también ha anunciado recientemente planes para pasar a la producción de piezas finales para metales, habiendo debutó con su máquina Metal Jet a principios de este año. La máquina promete hasta 50 veces más productiva que las máquinas comparables de inyección de aglutinante metálico y SLM. Y, con miras a cumplir con los estándares de certificación, se dice que el sistema puede producir piezas de acero inoxidable que cumplan con los estándares de ASTM International.

Pilar n. ° 2:materiales

Los materiales constituyen el segundo pilar de la impresión 3D industrial. Una vez más, ya se han realizado muchos avances en esta área, con la gama de materiales compatibles con AM que abarcan metales, polímeros e incluso cerámicas. Sin embargo, aún deben superarse los desafíos clave relacionados con los costos y la estandarización.

Costos elevados

La necesidad de garantizar que la fabricación aditiva siga siendo rentable en comparación con los métodos de fabricación tradicionales es vital. Y, sin embargo, los elevados costes de los materiales son uno de los principales retos a los que se enfrentan los fabricantes.

Aquí, quizás lo que más se necesita es una mayor colaboración. Ultimaker es un ejemplo de esto; El fabricante de impresoras 3D de escritorio de código abierto ha anunciado colaboraciones con varias empresas de materiales globales.

En una entrevista reciente con AMFG, el presidente de Ultimaker North America, John Kawola, reitera la necesidad de más competencia para reducir los costos:“La realidad en la impresión 3D actual es que el costo del filamento para una máquina FDM es aproximadamente $ 50 por libra, mientras que son $ 3 dólares la libra para moldeo por inyección. Eso es un orden de magnitud. Pero con el tiempo, con más competencia, más desarrollo y más atención hacia la producción, esa brecha comenzará a cerrarse ".

Estandarización

Otro desafío radica en la falta de estándares para la impresión 3D. Relacionado con esto está la cartera actual de materiales específicos de AM. Si bien los plásticos están relativamente bien establecidos, la industria espera una mayor diversidad de materiales, particularmente con metales y cerámicas. Por ejemplo, muchos grados de aleación para metales no están disponibles o aún no se han desarrollado para la fabricación aditiva. La ampliación de la cartera de materiales AM, adaptada a los diferentes requisitos de la industria, permitirá en última instancia una gama más amplia de aplicaciones en todas las industrias.

ASTM International, una organización de desarrollo de normas, es una de las varias que trabajan para abordar esto. La organización se ha asociado con varios actores clave de la industria para lanzar el Centro de excelencia de fabricación aditiva, con un enfoque en el desarrollo de estándares para polvos metálicos, entre otras iniciativas.

El aumento de empresas de materiales que ingresan al espacio AM también está abordando el desafío de la diversidad de materiales. Estos nuevos jugadores vienen con nuevas ofertas de materiales, particularmente con respecto a termoplásticos de alto rendimiento y metales livianos.

Pilar n. ° 3:software

Por último, pero no menos importante, viene el tercer pilar de la impresión 3D:el software. Una empresa puede tener las impresoras 3D y los materiales para producir las piezas necesarias, pero ¿cómo puede garantizar que la gestión de sus procesos de producción sea ágil y eficiente? ¿Cómo se garantiza una visibilidad completa en todas las instalaciones, departamentos y equipos?

Gestión de flujos de trabajo

Aquí es donde el software entra en juego. De hecho, como tecnología digital, la impresión 3D depende en gran medida del software para impulsar cada elemento del proceso de producción.

Uno de los mayores desafíos para los OEM y las oficinas de servicio radica en la falta de un sistema de software apropiado capaz de manejar los requisitos específicos necesarios para la producción de aditivos. Dado que la producción de AM implica pasos que no son necesarios para la fabricación sustractiva (diseño CAD, análisis, etc.), los sistemas PLM o ERP estándar no serán suficientes para manejar las solicitudes, las operaciones CAD y otras actividades necesarias. Tal como están las cosas, la gran mayoría de las empresas están atascadas en el uso de paquetes de software separados, creados para diferentes funciones que, en última instancia, no se comunican entre sí. Esto tiene un impacto negativo tanto en la eficiencia como en la visibilidad.

Afortunadamente, se están logrando grandes avances en esta área, con desarrollos clave en software de gestión de flujo de trabajo. Tomado en sus funciones más básicas, este software ayuda a automatizar las tareas manuales de cara al cliente, como la gestión de solicitudes entrantes. Sin embargo, tomado en su máxima extensión, dicho software, como AMFG, también puede automatizar tareas de producción como la preparación de la construcción y la programación de la máquina y proporcionar métricas e información de producción en tiempo real.

Aparte de la gestión del flujo de trabajo, el software de simulación también está ayudando a resolver muchos de los desafíos actuales que enfrenta la industria. Por ejemplo, predecir y analizar los procesos de impresión 3D con simulación puede ayudar a prevenir un enfoque costoso de prueba y error, al garantizar que todos los parámetros sean correctos la primera vez.

Control de la máquina

Quizás una de las áreas más problemáticas radica en la capacidad de transmitir y comunicarse directamente con las máquinas de AM en su instalación de producción. Los beneficios de esto son obvios:poder controlar la máquina de forma remota, evaluar la capacidad en tiempo real, etc. Sin embargo, la gran mayoría de las máquinas no se han desarrollado pensando en la comunicación directa. Para que la impresión 3D se convierta en un método de producción de piezas finales, los fabricantes de hardware deben trabajar con los desarrolladores de software para asegurarse de que sus máquinas estén abiertas a dicha integración.

Superar los desafíos de la impresión 3D

Durante la última década, la fabricación aditiva ha alcanzado hitos clave en la innovación de hardware, materiales y software. Sin embargo, la clave para establecer la impresión 3D como método de fabricación no radica en el éxito de uno, sino en el éxito de los tres pilares.

Ya estamos viendo esto en el lado del hardware y los materiales con anuncios de nuevos sistemas de AM y colaboraciones de materiales desarrollados para la producción. En el lado del software, AMFG está trabajando para garantizar que la gestión de proyectos y producción esté automatizada para la producción aditiva.

Lo que queda claro es que la industria deberá trabajar más estrechamente para desarrollar soluciones verdaderas que garanticen el el cambio de tecnología hacia la producción. Solo si nos enfocamos en superar los desafíos en todos los ámbitos, podemos garantizar que la industria continúe en su camino de crecimiento continuo hacia la adopción generalizada.