Cómo las impresoras 3D de escritorio están transformando la impresión 3D

La impresión 3D de escritorio ha experimentado una especie de revolución en la última década. La tecnología, que comenzó pensando en el mercado de consumo, se ha convertido en una parte importante del mercado industrial y profesional. Al permitir una producción más barata y rápida, las impresoras 3D de escritorio se están convirtiendo cada vez más en una parte vital del panorama industrial.

Pero, ¿qué ha impulsado esta transición y qué significa para el presente y el futuro de la impresión 3D de escritorio y la impresión 3D en su conjunto?

RepRap:democratización de la impresión 3D a través del escritorio

En 2018, la industria de la impresión 3D celebró el décimo aniversario del proyecto RepRap, un proyecto que resultaría fundamental para la evolución de la impresión 3D de escritorio.

RepRap, abreviatura de replicador rápido de prototipos , comenzó con la idea de hacer una impresora 3D de escritorio de bajo costo que pudiera imprimir muchos de sus propios componentes. El objetivo del proyecto era ambicioso:poner estas impresoras 3D de escritorio en las manos de tantas personas como fuera posible.

El proyecto de código abierto, dirigido por el Dr. Adrian Bowyer de la Universidad de Bath, tuvo un gran éxito en la comunidad Hágalo usted mismo (DIY). Pero para la impresión 3D de escritorio, sus implicaciones fueron mucho más profundas.

Con el movimiento RepRap en marcha desde 2008, había surgido una nueva cosecha de fabricantes de impresoras 3D de escritorio de bajo costo. Por ejemplo, MakerBot, fundada en 2009, surgió como una de las empresas que impulsaban la visión de transformar la producción a través de la impresión 3D.

Aprovechando el éxito del movimiento RepRap, MakerBot comenzó produciendo kits de bricolaje de código abierto para consumidores que deseaban construir sus propias impresoras 3D y productos impresos en 3D.

El lanzamiento de la impresora 3D más reconocida de MakerBot, la Replicator 2, en 2012 coincidió con el apogeo de la burbuja de la impresión 3D del consumidor. Con la perspectiva de la industria en general apostando a que las impresoras 3D de escritorio lleguen a los hogares convencionales, Makerbot esperaba iniciar una nueva era de impresión 3D para el consumidor.

Como sabemos, la revolución de la impresión 3D nunca se materializó, al menos no en el mercado de consumo.

Un obstáculo clave para la adopción masiva del consumidor fue el nivel de complejidad necesario para operar una máquina. Junto con las opciones limitadas de materiales y la necesidad de habilidades de diseño, las impresoras 3D no eran, y aún deben convertirse, en un producto amigable para el consumidor.

La lucha por establecer un mercado de consumo ha obligado a varios fabricantes de impresoras 3D de escritorio a la quiebra. Sin embargo, algunos han sobrevivido, y prosperado, mediante la transición del mercado de consumidores al mercado profesional y empresarial.

De consumidor a industrial

Si bien la impresión 3D de escritorio aún tiene que encontrar su nicho dentro del mercado de consumo, la tecnología se ha convertido en una parte importante del panorama de la fabricación industrial.

El segmento de impresión 3D de escritorio ha experimentado un aumento exponencial en la última década. Se estima que se vendieron 1.816 sistemas en 2009 (Informe Wohlers 2015), una cifra que aumentó a más de 500.000 unidades en 2017 (Informe Wohlers 2018).

La demanda de sistemas industriales más pequeños y una fracción del costo de sus contrapartes más grandes es un factor clave detrás del aumento de la impresión 3D de escritorio para aplicaciones industriales.

Las impresoras 3D de escritorio actuales tienen una amplia gama de usos en el entorno profesional y ofrecen una herramienta asequible para la creación rápida de prototipos, herramientas y producción de piezas finales.

Ultimaker:desde kits de bricolaje hasta soluciones de suelo de fábrica

Quizás uno de los ejemplos más destacados de una empresa que ha dado el salto con éxito de la impresión 3D de consumo a la industrial es el fabricante de impresoras 3D FFF, Ultimaker.

"Ultimaker nunca se creyó en toda la exageración del consumidor que sucedió entre 2012 y 2013", dice John Kawola, presidente de Ultimaker para América del Norte, en una entrevista con AMFG.

“Siempre vimos una diferencia real en el mercado de consumo, donde las personas que ya eran fabricantes o aficionados al pasatiempo ya tenían el equipo necesario en casa. Y pensamos que era un buen mercado para la impresión 3D. La exageración general se extendió a pensar que todo el mundo tendría una impresora 3D; creo que ha resultado no ser cierto, al menos no entonces y probablemente todavía hasta el día de hoy ".

Fundada en 2011, Ultimaker ha pasado de fabricar kits de bricolaje a producir sistemas de escritorio industriales que han sido adoptados por empresas como Volkswagen Autoeuropa y Jabil.

La primera máquina de Ultimaker, Ultimaker Original, se desarrolló en 2011 y se distribuyó como un kit a la comunidad de fabricantes. La máquina podía imprimir objetos de hasta 21 x 21 x 20,5 cm con una resolución de 20 micrones. Si bien era suficiente para los aficionados, la máquina carecía de la velocidad, la calidad y la selección de materiales necesarios para las aplicaciones industriales.

En los años transcurridos desde entonces, Ultimaker ha realizado movimientos estratégicos para desarrollar soluciones de escritorio adecuadas para aplicaciones industriales.

En 2013, la compañía lanzó Ultimaker 2, que evolucionó al sistema Ultimaker 2+ más grande. Un año después, la empresa dio un paso más con su tecnología hacia el mercado profesional con el lanzamiento de la máquina Ultimaker 3.

Comparado con Ultimaker 2, el tercer modelo cuenta con un volumen de construcción que es 10 cm más alto, así como nuevas capacidades de extrusión dual que no están disponibles con sus sistemas más antiguos.

La extrusión dual es particularmente beneficiosa porque permite a los usuarios imprimir con dos materiales, por ejemplo, con un material estándar y un material de soporte soluble, o dos materiales en diferentes colores.

En 2018, la compañía lanzó su última impresora 3D de escritorio:la Ultimaker S5.

La Ultimaker S5 de doble extrusión tiene un volumen de construcción mayor de 33 x 24 x 30 cm en comparación con los 21,5 x 21,5 x 30,0 cm de la Ultimaker 3 y puede alcanzar temperaturas de impresión de hasta 280 ° C. Esto lo hace particularmente adecuado para materiales de ingeniería de alta temperatura como PC y nailon.

Caso de uso:Heineken

Heineken, una de las empresas cerveceras más grandes del mundo, ha estado utilizando las impresoras S5 de Ultimaker en su fábrica de cerveza en España para producir una gama de herramientas y repuestos personalizados.

Habiendo adoptado la impresión 3D de escritorio, Heineken ha informado de reducciones de costos del 70-90% con la tecnología, en comparación con las piezas y herramientas fabricadas tradicionalmente. También ha experimentado aumentos considerables en el tiempo de actividad de la producción.

La empresa también puede optimizar los diseños de los componentes de su máquina mediante la impresión 3D. Por ejemplo, el equipo rediseñó e imprimió en 3D una pieza de metal utilizada con un sensor de calidad en una cinta transportadora, que anteriormente derribaba botellas con frecuencia.

El ejemplo de Heineken ilustra cuánto han evolucionado las impresoras 3D de escritorio para permitir una multitud de aplicaciones en la fábrica.

Formlabs:incorporación de SLA al escritorio

Al igual que la impresión 3D FFF de escritorio, la adopción de sistemas de estereolitografía de escritorio (SLA) ha despegado en los últimos años.

Como fue el caso de la impresión 3D FFF, la expiración de varias patentes SLA a finales de la década de 2000 fue un catalizador detrás del aumento de la impresión 3D SLA de escritorio. Una empresa que aprovechó este panorama cambiante fue Formlabs.

Fundada en 2012, Formlabs lanzó su primera máquina SLA de escritorio, Form 1, en el mismo año. Dirigida a usuarios profesionales desde el principio, la empresa recaudó casi $ 3 millones en Kickstarter en un intento por llevar "la potencia y la resolución de una máquina verdaderamente profesional" al escritorio.

En ese momento, el mercado de máquinas SLA estaba dominado por impresoras 3D industriales más grandes y caras, inaccesibles para la mayoría de las empresas más pequeñas.

Con la introducción del Formulario, surgió el deseo de cambiar este status quo y hacer que el SLA sea más asequible y accesible.

Uno de los hitos clave en este sentido ha sido el lanzamiento de la máquina Form 2 de Formlabs. La Form 2 cuenta con un volumen de impresión de 14,5 × 14,5 × 17,5 cm y un potente motor óptico que permite impresiones fiables y de alta calidad.

Sin embargo, cualquiera que esté familiarizado con la impresión 3D sabe que el proceso de impresión es solo una parte del flujo de trabajo. En SLA, las operaciones de posprocesamiento, como el lavado y el curado, son necesarias para lograr resultados de alta calidad, pero a menudo se realizan manualmente.

Formlabs entendió que para expandir aún más sus soluciones en el mercado profesional, necesitaría hacer que los procesos sean lo más optimizados posible.

Con esto en mente, Formlabs lanzó los accesorios de posprocesamiento Form Wash y Form Cure para la Form 2. Las estaciones de lavado y curado ayudan a limpiar y curar las impresiones, automatizando algunos de los pasos manuales de posprocesamiento.

Para cumplir con la tendencia creciente de la impresión 3D automatizada, la compañía demostró la plataforma Form Cell para la producción impresa 3D escalable en 2017. La solución comprende un gabinete que contiene cinco impresoras 3D Form 2 y un módulo Form Wash y Form Cure, administrado por un robot en movimiento. portal.

Caso de uso:Northwell Health

Northwell Health, el proveedor de atención médica más grande del estado de Nueva York, ha sido uno de los primeros usuarios de Form Cell, utilizando la máquina para producir modelos anatómicos y guías quirúrgicas específicos para el paciente.

Mediante el uso de modelos anatómicos personalizados impresos en 3D, los cirujanos de Northwell Health pueden prepararse para cirugías difíciles de manera más eficaz y reducir el tiempo que pasan en la sala de operaciones. Este último, según las estimaciones de Northwell Health, podría traducirse en hasta $ 1,750,000 en ahorros anuales, gracias a la reducción de costos en la sala de operaciones.

Llevar SLA al escritorio y mejorar continuamente la tecnología ha ayudado a Formlabs a consolidar su posición en el mercado industrial. Se informa que la empresa es el mayor vendedor mundial de impresoras 3D SLA, con más de 40.000 sistemas vendidos.

Al detectar la oportunidad de pasar a otras tecnologías, Formlabs también anunció su primer sistema SLS de escritorio basado en polvo, el Fuse 1, en 2017. Esto, junto con la última línea de impresoras 3D SLA introducidas a principios de este año:la Form 3 y la Form 3L de gran formato:Formlabs parece estar listo para mantener su estatus como uno de los principales fabricantes de impresoras 3D de escritorio profesionales.

RIZE:Hacer que la impresión 3D de escritorio sea sostenible

La instalación de una máquina industrial en un formato de escritorio trae muchos beneficios, pero es solo una parte de la ecuación, según el fabricante de hardware RIZE. Para ayudar a que la impresión 3D de escritorio industrial realmente despegue, debe volverse más simple y segura de usar.

“Nos propusimos el objetivo de simplificar la experiencia del usuario para que sea fácil y segura, y así permitir que cualquier usuario utilice la impresión 3D industrial”, dijo Andy Kalambi, CEO de RIZE, en una entrevista reciente con AMFG.

"Creemos que con ese tipo de enfoque, la impresión 3D puede convertirse en una herramienta utilizada por muchas partes interesadas diferentes dentro de una organización".

Comenzando con la impresora 3D RIZE One, la compañía ha desarrollado un proceso de impresión 3D único llamado deposición aumentada. El proceso combina los principios de la tecnología FFF y el chorro de material para marcar las piezas impresas en 3D con texto o gráficos. Más recientemente, el fabricante lanzó su impresora 3D XRIZE a todo color.

Para simplificar el proceso de impresión 3D, las impresoras 3D de RIZE inyectan una tinta de liberación especial entre la pieza y las estructuras de soporte generadas automáticamente. Esto permite a los usuarios despegar rápidamente el material de soporte una vez que se completa la impresión.

Las máquinas también utilizan materiales libres de emisiones, lo que hace que la tecnología sea completamente segura para uso en oficinas.

Al centrarse en la seguridad y la facilidad de uso, RIZE ha hecho que su tecnología sea particularmente atractiva para las empresas de desarrollo de productos que buscan simplificar y acelerar su proceso de creación de prototipos.

Por ejemplo, Boston Engineering ha agregado la máquina de RIZE a sus capacidades de impresión 3D, pero en lugar de colocar la impresora 3D en su laboratorio de impresión 3D especialmente equipado, el equipo de Boston Engineering la opera desde la oficina. Esto permite que el equipo imprima prototipos en tan solo un día, en comparación con los tiempos de entrega de 2 a 3 días cuando los fabrica en el laboratorio.

Incorporación de materiales de grado de ingeniería a la impresión 3D de escritorio

A medida que la tecnología detrás de las impresoras 3D de escritorio sigue evolucionando para el mercado industrial, también lo ha hecho la gama de materiales adecuados. Más allá del PLA y ABS estándar, las impresoras 3D de escritorio industriales ahora son capaces de admitir materiales de grado de ingeniería.

Esto ha abierto la puerta a materiales de alto rendimiento que anteriormente solo estaban disponibles con las máquinas industriales más grandes. Estos materiales de alto rendimiento se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones, desde prototipos funcionales hasta herramientas y repuestos de bajo costo.

Markforged:impresión 3D de polímeros compuestos

Uno de los avances clave en esta área ha sido la introducción de la impresión 3D de polímeros compuestos.

Los compuestos poliméricos son típicamente materiales hechos de dos componentes, un material de núcleo y un material de refuerzo, por ejemplo, fibra. Los polímeros reforzados con fibra, como vidrio, carbono o aramida, crean piezas con mayor resistencia, rigidez y durabilidad.

Se informa que Markforged es la primera empresa en llevar la impresión 3D continua reforzada con fibra de carbono al escritorio. La compañía lanzó su primera impresora 3D compuesta, Mark One, en 2014, con la capacidad de imprimir en 3D piezas de nailon reforzadas con hebras continuas de fibra de carbono, fibra de vidrio o Kevlar.

Desde entonces, Markforged ha presentado una serie de actualizaciones, incluidas las series Mark Two y Onyx, así como las impresoras 3D industriales X3, X5 y X7. Todos los sistemas se basan en la tecnología de Fabricación Continua de Filamentos (CFF) de la empresa.

CFF es un proceso basado en extrusión, donde una boquilla deposita hebras continuas de fibra de carbono, fibra de vidrio o Kevlar mientras que la segunda boquilla deposita el material base como el nailon.

La introducción de la tecnología CFF ha sido un punto de inflexión en la impresión 3D, ya que ha desbloqueado capacidades que no están disponibles con las impresoras 3D de extrusión de escritorio tradicionales. Utilizando materiales compuestos habilitados por la tecnología de Markforged, los fabricantes pueden crear una pieza compuesta que es hasta 8 veces más resistente que el ABS y un 20% más resistente que el aluminio.

Siemens Gas &Power es un ejemplo de una empresa que utiliza impresoras 3D compuestas Markforged para producir herramientas personalizadas. En un caso reciente de herramientas de carcasa, la empresa imprimió en 3D la carcasa de la sierra circular personalizada con el material compuesto Onyx patentado por Markforged. El resultado es un tiempo de entrega reducido de tres semanas a unos pocos días y más de $ 8,000 ahorrados para una sola herramienta.

Al desarrollar nuevas formas de imprimir con fibra de carbono, Markforged ha ampliado significativamente las capacidades de impresión 3D de escritorio. Según los informes, la compañía envió 2.500 impresoras en 2018, lo que demuestra que hay muchas brechas en la fabricación que la impresión 3D de escritorio industrial está ayudando a salvar.

Pasando de los polímeros a los metales

Los materiales poliméricos han sido históricamente los materiales clave para la impresión 3D de escritorio. Pero este status quo se ha interrumpido con la introducción de los sistemas metálicos aptos para la oficina entre 2017 y 2018.

Markforged y Desktop Metal son dos empresas que han ayudado a hacer posible la impresión 3D de metal de escritorio.

Tanto Metal X de Markforged como Desktop Metal's Studio System son impresoras 3D basadas en extrusión que utilizan polvos metálicos encapsulados en plástico para crear piezas verdes que luego se sinterizan en un horno. Este enfoque lo convierte en una opción mucho más asequible en comparación con las impresoras 3D de metal tradicionalmente más caras. Esto se debe en gran parte a los menores costos operativos, posibilitados por materiales de moldeo por inyección de metal más baratos.

Con un precio de menos de $ 200,000, tanto Metal X como Studio System han generado nuevas posibilidades en la impresión 3D de metal de escritorio al hacer que el proceso sea menos costoso, amigable para la oficina y más fácil de administrar.

Por ejemplo, la empresa de fabricación de herramientas, Built-Rite, ahora puede aprovechar los beneficios de la impresión 3D mediante el uso interno del sistema Studio de Desktop Metal. Con Studio System, Built-Rite puede fabricar componentes de ensamblaje de moldes de giro rápido con un proceso que es un 90% más económico y un 30% más rápido que con un proveedor de servicios externo.

Esta aplicación no solo muestra la idoneidad de la tecnología para la producción de herramientas, sino que también indica que las impresoras 3D de escritorio de metal tienen el potencial de reducir las barreras de entrada para empresas que antes no podían permitirse invertir en tecnología de impresión 3D de metal.

Gestión de flotas de impresión 3D de escritorio

Las máquinas AM de escritorio son relativamente económicas y, como hemos visto, sus capacidades actuales van más allá de la producción de juguetes de los fabricantes. Es por eso que las impresoras 3D de escritorio suelen ser la primera opción cuando las empresas buscan invertir en impresión 3D, ya sea para laboratorios internos de RP o negocios de servicios de impresión 3D.

Si bien el manejo de una impresora 3D de escritorio generalmente no presenta ningún desafío, cuando una empresa invierte en su segunda, tercera impresora 3D o incluso más, pronto descubre que el flujo de trabajo es más complicado de lo que parecía al principio.

Aumentar su inversión en impresoras 3D es una señal positiva de crecimiento, pero este crecimiento también puede crear una serie de desafíos completamente nuevos. Administrar un flujo constante de correos electrónicos con solicitudes de impresión 3D, analizar y reparar archivos 3D, calcular costos de impresión, programar trabajos:existe una gran posibilidad de que su equipo esté realizando estas tareas manualmente, lo que limita la productividad de su departamento o negocio.

Si bien estos procesos son esenciales para la utilización exitosa de las impresoras 3D, pueden y deben mejorarse para garantizar una mayor eficiencia.

Una forma de hacerlo es mediante un software de automatización. Existen soluciones que pueden optimizar la gestión de la impresión 3D, por ejemplo, proporcionando un portal de envío de solicitudes basado en la web, impulsado por funciones de cotización y precios instantáneos. Los paquetes de software de automatización, como AMFG, también pueden incluir herramientas de reparación y conversión de archivos automatizadas, para simplificar la preparación de archivos antes de imprimir.

Un buen software de automatización de impresión 3D también puede integrarse con impresoras 3D para proporcionar actualizaciones del estado de la máquina en tiempo real sobre trabajos de impresión en curso, completados o fallidos.

¿Qué sigue para la impresión 3D de escritorio?

La impresión 3D de escritorio ha avanzado mucho en la última década:la tecnología está mejorando y la gama de materiales de grado industrial disponibles es más amplia que nunca. A medida que la industria ha cambiado su enfoque hacia aplicaciones industriales profesionales, también lo han hecho los fabricantes de impresoras 3D de escritorio.

Esto ha hecho que sea más barato para las empresas invertir en la tecnología, reduciendo las barreras para la adopción y cruzando el umbral de asequibilidad, calidad y confiabilidad.

El ritmo de la innovación en la impresión 3D de escritorio no muestra signos de desaceleración. En la actualidad, se están desarrollando y comercializando nuevos procesos y materiales, llevando la impresión 3D de escritorio más allá de la creación de prototipos hasta la fabricación. Los avances del software en la automatización también hacen que la impresión 3D de escritorio sea más fácil de administrar, simplificando el flujo de trabajo y proporcionando la base para la escalabilidad.

De cara al futuro, veremos que la impresión 3D de escritorio ofrece nuevos casos de uso y abre la puerta a nuevos segmentos de la industria. A medida que las máquinas de escritorio alcancen continuamente niveles más altos de rendimiento, se convertirán en una herramienta estándar, desde entornos de oficina y escritorios de ingenieros hasta plantas de producción.