Novedades en materiales para impresión 3D:seguimiento del progreso reciente

Los avances en el desarrollo y la certificación de materiales están en curso dentro de una industria de impresión 3D que aún está madurando. Por ejemplo, la base de datos Senvol enumera tantos como 2.245 materiales AM diferentes en 2020 , en comparación con alrededor de 1.700 materiales el año pasado, lo que representa un aumento de aproximadamente el 30 por ciento.

Para estar al día con el progreso reciente en el mercado de materiales de impresión 3D, hoy exploraremos las novedades en materiales de impresión 3D y lo que significan para el futuro de la industria.

Materiales de impresión 3D para aplicaciones médicas y dentales

Dentro de la industria médica, la impresión 3D ya se utiliza para crear implantes ortopédicos, herramientas quirúrgicas y dispositivos dentales. Y hoy, la tecnología apoya activamente la batalla contra la pandemia de COVID-19 mediante la producción de hisopos de prueba, protectores faciales y piezas de equipos médicos.

La adopción de la impresión 3D para aplicaciones médicas ha acelerado el desarrollo de materiales para el sector.

Un área que está experimentando un crecimiento son los polímeros de alto rendimiento para la impresión 3D de implantes. Por ejemplo, la empresa de especialidades químicas Evonik anunció el mes pasado el lanzamiento del filamento PEEK para implantes.

Se dice que el material cumple con los requisitos de ASTM F2026, que es la especificación estándar para polímeros PEEK para aplicaciones de implantes quirúrgicos. Según Evonik, el nuevo material es el primer filamento a base de PEEK del mercado que se puede utilizar en ortopedia y cirugía maxilofacial.

En una línea similar, Andaltec, un centro de investigación español, ha revelado que desarrollará un nuevo conjunto de polímeros activos para su uso en la impresión 3D de dispositivos médicos.

El proyecto, denominado PoliM3D, verá la caracterización de nuevos filamentos antibacterianos y analgésicos para impresoras 3D FDM. Estos nuevos filamentos se utilizarán para producir implantes, prótesis e instrumentos quirúrgicos personalizados.

Además, el fabricante polaco de filamentos de impresión 3D, Spectrum Filaments, ha lanzado un nuevo filamento destinado a aplicaciones médicas:ABS Medical.

El nuevo filamento está fabricado en ABS Granulado, un material que cumple con los requisitos de conformidad biológica de los certificados USP en clase VI o ISO 10993-1, según Spectrum.

También está aprobado para el contacto con alimentos, de acuerdo con los estándares de la UE No. 10/20111 y 21 CFR FDA. El material está dirigido a aplicaciones, incluidas estructuras de soporte para rehabilitación y dentaduras postizas ligeras.

Material dental

Existe una tendencia creciente dentro de la industria dental a imprimir modelos dentales en 3D y, cada vez más, dentaduras postizas de uso final y dispositivos dentales, como alineadores transparentes y puentes.

Estos avances están impulsados ​​por la evolución de materiales que se certifican cada vez más para su uso a largo plazo en la boca humana.

Por ejemplo, 3D Systems anunció que su nuevo material de prótesis biocompatible, NextDent® Denture 3D +, recibió la aprobación 510 (k) de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) a fines de 2019.

El material NextDent Denture 3D + es adecuado para la impresión 3D de todo tipo de bases de prótesis removibles, coincidiendo con las propiedades mecánicas de los materiales de base de prótesis convencionales.

En un esfuerzo similar para calificar materiales dentales para la impresión 3D, la empresa AM, Rapid Shape, se ha asociado con el fabricante dental VOCO. Este último se ha centrado recientemente en los materiales de impresión 3D, trayendo al mercado una cartera de materiales de calidad dental en su familia V-Print.

Además, el fabricante suizo de resinas dentales, Saremco Dental AG, ha lanzó recientemente una nueva resina de fotopolímero. El nuevo material está diseñado para imprimir en 3D restauraciones permanentes, como coronas, inlays, onlays y carillas.

Las pruebas del material revelaron que la resina dental tiene propiedades mecánicas comparables a las coronas de cerámica tradicionales que se encuentran en la industria dental actual.

La adopción más amplia de la impresión 3D en el El campo médico y dental depende en gran medida del ritmo de la innovación material.

Solo cuando los profesionales médicos tengan acceso a materiales biocompatibles, duraderos y certificados, habrá una forma de permitir que más pacientes se beneficien de productos médicos y dentales personalizados y de mejor rendimiento.

Materiales de impresión 3D para aplicaciones de alta temperatura

El uso de la impresión 3D para aplicaciones expuestas a temperaturas elevadas está creando la demanda de materiales resistentes al calor.

Esto lleva a más productores de materiales, así como a fabricantes de sistemas, a desarrollar y lanzar nuevos materiales para satisfacer la demanda.

Un ejemplo de esto es la colaboración entre Roboze, un fabricante italiano de impresoras 3D de extrusión, y SABIC, un gigante químico, en un filamento de poliimida termoplástica amorfa, llamado EXTEM AMHH811F.

El nuevo material cuenta con una gran resistencia a las altas temperaturas, gracias a una capacidad de deflexión del calor de hasta 230 ° C. El material también tiene una transición vítrea de 247 ° C, que los socios creen que es la más alta de cualquier material imprimible en 3D. Además, ofrece excelentes propiedades ignífugas, buena resistencia química y mantiene su resistencia mecánica a altas temperaturas.

De manera similar, Essentium ha agregado nailon de alta temperatura a una cartera de materiales para su extrusión de alta velocidad ( Tecnología HSE). Las aplicaciones para el nuevo material incluyen componentes de máquinas, plantillas o accesorios para las industrias aeroespacial, de semiconductores y de petróleo y gas, entre otras.

Desarrollo de aleaciones de aluminio para metal AM

El aluminio seguirá siendo el grupo de metales de más rápido crecimiento para AM durante los próximos diez años, según un informe reciente. Un factor que impulsa este crecimiento es la cadena de suministro global de aluminio, que reconoce cada vez más la AM como una oportunidad de próxima generación en la fabricación de aluminio.

Por lo tanto, es natural ver un desarrollo material acelerado de las aleaciones de aluminio para la impresión 3D de metales.

Un desarrollo notable implica la colaboración entre Oerlikon, un experto en materiales, Linde, una empresa de gases industriales, y la Universidad Técnica de Múnich (TUM).

Con el apoyo de 1,7 € millones en fondos, el equipo se compromete a llevar una nueva aleación de aluminio de alta resistencia al mercado de la impresión 3D.

El desarrollo de aleaciones de aluminio implica muchos desafíos, como las pérdidas por evaporación de los elementos de aleación y el riesgo de microfisuras debido a un entorno de alta temperatura.

El equipo está preparado para superar estos desafíos y hacer que las nuevas aleaciones estén disponibles para las industrias aeroespacial y automotriz, donde la resistencia y la reducción de peso son requisitos cruciales.

Desarrollo de una aleación de aluminio a prueba de choques para la impresión 3D de automóviles

En otro ejemplo, el grupo de ingeniería EDAG ha desarrollado una nueva aleación de aluminio, como parte del proyecto de investigación 'CustoMat_3D' centrado en la adaptación de la AM para la producción en serie de automóviles.

En la actualidad, las aleaciones de aluminio para AM no cumplen con los requisitos de la industria automotriz, como el rendimiento en pruebas de choque. El material recientemente desarrollado está diseñado para superar estos desafíos proporcionando mayor resistencia y mayor alargamiento en la rotura.

El material fue probado para varias aplicaciones automotrices, mostrando resultados positivos. Por ejemplo, fue posible ahorrar peso en el soporte de rueda dinámico que soporta cargas pesadas y un componente complejo con altos requisitos de rigidez en el área de la caja de la rueda. Algunos de los ahorros superaron el 30 por ciento del potencial esperado.

Aluminio para fusión en lecho de polvo y deposición de energía directa

Además de los ejemplos anteriores, también ha habido lanzamientos de materiales de aluminio por parte de fabricantes de sistemas. El mes pasado, VELO3D, un fabricante de impresoras 3D Metal Powder Bed Fusion (PBF), lanzó la aleación Aluminio F357, que se destaca por su capacidad para ser anodizado.

La anodización es el proceso de formar una capa de óxido en la superficie de una pieza de metal para protegerla de la corrosión o proporcionar una mejor superficie para pintar.

La aleación de aluminio F357 es cada vez más demandado, particularmente en los sectores aeroespacial y automotriz.

Si bien el aluminio sigue siendo el más utilizado en PBF, algunas empresas están adaptando el material para la Deposición Directa de Energía, un proceso que utiliza láseres de alta potencia para construir estructuras , capa por capa, directamente de materiales en polvo.

Un ejemplo de esto es el especialista en DED, Optomec, que ha lanzado aleaciones de aluminio para su tecnología LENS. Según la empresa, sus aleaciones de aluminio proporcionan un excelente acabado superficial, altas tasas de deposición y una densidad de alrededor del 99,9 por ciento.

Esfuerzos continuos para certificar materiales de impresión 3D

La certificación de materiales es tan crucial para el avance de la impresión 3D como el desarrollo de materiales. Ayuda a demostrar la consistencia de las piezas AM, allanando el camino para las aplicaciones de producción.

Hay esfuerzos continuos para certificar materiales para impresión 3D. Uno reciente proviene de la empresa de certificación de ciencias de la seguridad, UL, que ha publicado un estudio de investigación sobre los efectos de la impresión 3D en las propiedades de rendimiento de los polímeros críticos para la seguridad.

Los hallazgos han permitido al grupo de estándares desarrollar un marco para evaluar y calificar polímeros para impresión 3D, y específicamente, filamentos ignífugos ABS y PEI.

Según UL, 'los resultados de la investigación proporcionan el conocimiento preliminar necesario para desarrollar pautas para la certificación de materiales poliméricos destinados a la impresión 3D y orientación para los requisitos de redacción'.

Caracterización de materiales

La consistencia es crucial para la fabricación aditiva. Y comienza con el control y caracterización de la materia prima.

En la fabricación, la calidad de la materia prima dictará la calidad del producto final. Pero, ¿qué es un material AM de alta calidad y cómo se evaluaría esta calidad? Por ejemplo, con material en polvo, la calidad es producto de docenas de variables, incluido el tamaño de partícula, la morfología, las propiedades térmicas, la absorción de humedad y más.

Con tantos factores que afectan la calidad del material, la caracterización del material, un proceso de sondeo y medición de las propiedades del material para comprender el rendimiento del material, se vuelve fundamental.

Por eso es emocionante ver empresas que entran en el campo de la caracterización de materiales para AM.

A principios de año, el líder mundial en certificación de materiales y productos, Element, anunció el lanzamiento de una instalación de caracterización dedicada para polvos AM.

El nuevo equipo de prueba permitirá para análisis de composición química, análisis de tamices de polvo, distribución del tamaño de partículas, velocidad de flujo y otras pruebas, todo para garantizar que el polvo sea auténtico, puro, uniforme y listo para su procesamiento.

Materiales de impresión 3D:el sector en evolución

Las noticias sobre nuevos desarrollos, asociaciones y actividades de estandarización en el campo de los materiales de impresión 3D aparecen casi a diario. Esto indica un sector dinámico, que crece en respuesta a la demanda de materiales avanzados centrados en la producción.

En el futuro, esperamos que el ritmo de las innovaciones en materiales aumente, ampliando las opciones de materiales y abriendo nuevas posibilidades y nuevos mercados para la impresión 3D.

Para obtener más información sobre el estado del mercado de materiales de impresión 3D, consulte nuestro último informe Additive Manufacturing Landscape 2020 aquí .