10 innovadores líderes transformando el hardware de impresión 3D metálica

La impresión 3D metálica ha entrado en un período único en su historia. Los desarrollos en hardware, software y materiales aseguran que continúe madurando para desbloquear nuevas aplicaciones y crear productos con alto nivel de fiabilidad.

Hoy lanzamos una serie de artículos explorando empresas innovadoras que impulsan la fabricación aditiva metálica, comenzando con hardware.

A medida que la impresión 3D metálica evoluciona, nuevos fabricantes de hardware entran al mercado para abordar desafíos actuales con procesos novedosos o enfoques creativos sobre los existentes.

Hemos reunido una lista de empresas que han comercializado recientemente tecnologías prometedoras de fabricación aditiva metálica, o planean hacerlo pronto —para descubrir quién, junto a los actores consolidados, estará moldeando el futuro de la impresión 3D metálica.

Fusión de Lecho de Polvo por Láser

La tecnología de Fusión de Lecho de Polvo por Láser (PBF) sigue siendo uno de los procesos de fabricación aditiva metálica más populares y avanzados. Pero dados los desafíos de altos costes de hardware, velocidades de impresión lentas y limitaciones derivadas de sistemas propietarios, hay amplio margen de mejora.

Varias empresas dentro del mercado PBF parecen haber resuelto algunos de estos problemas con sistemas PBF metálicos más rápidos, abiertos y flexibles.

1. Aurora Labs

Aunque la perspectiva de imprimir piezas metálicas a la velocidad de 1 tonelada de metal por día pueda sonar demasiado bueno para ser cierto, el fabricante australiano de impresoras 3D metálicas Aurora Labs parece dispuesto a lograrlo.

Desde 2014, Aurora Labs ha estado desarrollando una nueva tecnología de impresión 3D metálica para permitir la impresión 3D metálica a velocidades mucho mayores. Presentada por primera vez en Formnext 2018, la Impresión Concurrente Multinivel (MCP™) se basa en la familiar tecnología de fusión de lecho de polvo —pero con un giro.

A diferencia de las tecnologías de lecho de polvo tradicionales, que imprimen una capa a la vez, MCP imprime múltiples capas simultáneamente en una sola pasada.

¿Cómo funciona la tecnología? La tecnología MCP tiene dos elementos clave: un mecanismo recubridor tipo rejilla y múltiples haces láser. Cuando comienza la impresión, el dispositivo recubridor, que cuenta con múltiples tolvas, se desliza sobre la cama de impresión, con cada tolva depositando diferentes capas de polvo en una sola pasada.

Mientras una capa se deposita, es fundida por un láser, alcanzando el polvo a través de huecos especiales en el recubridor. Durante esa misma pasada, capas subsiguientes se depositan y funden sucesivamente por láseres.

Esencialmente, esto significa que múltiples capas pueden imprimirse en una sola pasada, acelerando significativamente el proceso de impresión.

El pasado septiembre, Aurora Labs reportó que su impresora 3D RMP1, impulsada por la tecnología MCP, había alcanzado una velocidad de impresión de 350 kg por día —un hito sustancial, comparado con alrededor de 15 kg por día que el sistema podía imprimir en septiembre 2018.

Dadas estas mejoras, Aurora Labs está bien posicionada para llevar al mercado uno de los sistemas PBF metálicos más rápidos, que potencialmente rivalizará con procesos de fabricación tradicionales en términos de tiempo y coste.

2. Open Additive

Mientras muchos fabricantes establecidos de impresoras 3D ofrecen sistemas propietarios, solo unas pocas empresas han decidido adoptar un enfoque de sistema abierto.

Una de ellas es Open Additive, una spin-off de Universal Technology Company (UTC), con el objetivo de desarrollar una solución industrializada que pueda encajar en una variedad de entornos y necesidades.

Por eso la empresa ha desarrollado un sistema PBF láser asequible, llamado impresora PANDA 3D, con múltiples opciones personalizables, desde arquitectura de máquina abierta y materiales hasta parámetros abiertos y tecnología de sensores.

Open Additive cree que uno de los beneficios clave de usar sistemas abiertos es que las empresas pueden reducir el riesgo de obsolescencia, añadiendo más capacidades o ajustando el sistema a medida que se desarrollan nuevas tecnologías avanzadas.

Este enfoque de hardware y materiales abiertos no es especialmente común en fabricación aditiva hoy, pero la industria se está volviendo cada vez más receptiva a tales desarrollos. Con esfuerzos como el de Open Additive, nos acercamos a la visión de tecnología aditiva flexible y configurable que da a las empresas muchas más opciones para impulsar la innovación.

3. Sharebot

El mundo de la impresión 3D metálica de nivel de entrada se está poblando rápidamente, y el lanzamiento de la impresora 3D MetalONE de Sharebot sirve como otro ejemplo de esta tendencia.

Con una cartera que abarca los procesos clave de impresión 3D plástica, era solo cuestión de tiempo antes de que Sharebot entrara en metal.

En el caso de MetalONE, la máquina es el resultado de un proyecto que ha evolucionado desde la máquina SnowWhite SLS de Sharebot para polvos termoplásticos, que la empresa lanzó hace cuatro años.

Debutó el año pasado, la máquina cuenta con un envolvente de construcción bastante pequeño de 65 x 65 x 100 mm. Pero a pesar de su pequeña huella, el sistema marcó un paso adelante significativo para la empresa.

Con un precio por debajo de 120.000 $, la MetalONE se sitúa en la misma categoría de precio que otras impresoras 3D metálicas de nivel de entrada, como la XM200 de Xact Metal y la ORLAS Creator de OR Laser, ambas basadas en tecnología PBF.

Tales sistemas son ideales para probar materiales o diseños de piezas antes de escalar a máquinas PBF más grandes, pero también pueden ser adecuados para fabricación de joyería y dental a pequeña escala.

Es emocionante ver cómo Sharebot, que comenzó como desarrollador de impresoras 3D de sobremesa básicas, ha evolucionado gradualmente su oferta hacia impresoras 3D de polímeros más profesionales, y tras años de investigación, ha llegado a su primera impresora 3D metálica.

Destinada a hacer la impresión 3D metálica más accesible a pymes, Sharebot está preparada para usar su ya bien desarrollado ecosistema para acceder a un nuevo mercado de prototipado metálico asequible y desarrollo de producto.

Deposición Directa de Energía

Los desarrollos en el campo de la Deposición Directa de Energía (DED) son particularmente abundantes. Esta tecnología usa una fuente de calor enfocada para fundir polvo o hilo metálico mientras se añade sobre la plataforma de construcción.

Las empresas de hardware DED están surgiendo cada vez más, con un área de desarrollo particularmente emocionante siendo la Fabricación Aditiva por Arco de Hilo (WAAM). A continuación, examinamos algunos fabricantes de hardware prometedores en el campo de procesos WAAM y DED basados en polvo.

4. WAAM3D

A partir de 2020, el mercado WAAM sigue siendo pequeño, con un puñado de empresas desarrollando activamente esta tecnología de impresión 3D metálica.

WAAM3D es quizás uno de los nombres menos conocidos en el campo, pero la empresa había realizado una extensa investigación antes de decidir llevar su tecnología al mercado.

WAAM3D fue fundada en 2018 para comercializar la propiedad intelectual de la Universidad de Cranfield en el campo de WAAM.

Según la empresa, la falta de cadena de suministro —específicamente herramientas de software, hardware diseñado para WAAM, materias primas, formación y servicios— ha obstaculizado la merecida adopción industrial de procesos WAAM, a pesar de sus probados beneficios de negocio.

La empresa apunta a crear tal cadena de suministro y promover el uso de WAAM en las industrias aeroespacial y defensa, petróleo y gas, energía y nuclear.

Hasta ahora, WAAM3D ha publicado varias aplicaciones exitosas de su tecnología. Una es una pieza de titanio, un recipiente a presión de 1 m de largo, fabricado para Thales Alenia Space. Usando WAAM para producir este componente, el equipo ahorró más de 200 kg de material por artículo y pudo consolidar dos partes del recipiente en una.

A principios de este año, WAAM3D completó su primera ronda de financiación Serie A, que llevará a la empresa más lejos en la comercialización de tecnología WAAM.

5. AML3D

AML3D es otra empresa cuya fundación fue inspirada por la Universidad de Cranfield. El Director Gerente de AML3D, Andrew Sales, estudió en Cranfield y fascinado por el potencial de la tecnología, fundó una oficina de servicios WAAM en Australia en 2014.

En 2019, la empresa aseguró certificación del organismo de acreditación de la industria naviera global, Lloyd's Register. Con la certificación en vigor, AML3D entregó su primera pieza a un cliente marino: un conjunto de anillos de desgaste de acero inoxidable martensítico.

A principios de este año, AML3D también reveló que está preparando la entrega de su primera impresora 3D basada en WAM, llamada Arcemy, a ST Engineering, un líder en aeroespacial y defensa. El sistema Arcemy combina soldadura, diseño CAD y tecnología robótica, para producir piezas metálicas totalmente densas, de gran formato y calidad industrial.

AML3D espera que su tecnología de impresión 3D beneficie al sector marítimo, entre otros, ayudando a reducir plazos de entrega y facilitar la construcción y reparación naval.

6. Big Metal Additive

La idea de impulsar la impresión 3D de gran formato hacia adelante también inspiró la fundación de Big Metal Additive (BMA). Esta startup ha desarrollado un método AM basado en hilo y arco para crear estructuras de diseño grandes y complejas a partir de aluminio.

Con un volumen de construcción de más de 15 pies cúbicos y tasas de deposición de hasta 5 lbs (alrededor de 2,27 kg) por hora, la máquina de BMA está optimizada para hacer celosías, chasis de auto, recintos, utillaje y fijaciones, vigas y elementos arquitectónicos.

Otro factor diferenciador para el sistema BMA son los materiales. La mayoría de impresoras 3D metálicas trabajan solo con aleaciones especializadas que funden y consolidan fácilmente. Big Metal usa ocho aleaciones de soldadura por arco de aluminio comerciales, que son mucho menos costosas. La empresa también espera añadir aceros inoxidables y de herramientas, superaleaciones y titanio en el futuro.

"Queremos que el proceso que hemos diseñado se vuelva generalizado. Lo queremos en todas partes, desde talleres de hot rods hasta mantenimiento y talleres de diseño de prototipos", dijo el fundador y presidente de la empresa, Slade Gardner, en una entrevista con ASME.

Los planes de la empresa parecen verdaderamente ambiciosos, pero bastante naturales para una compañía que busca impulsar la fabricación aditiva metálica al reino de la fabricación de gran formato.

7. Grupo CHIRON

Hace unos meses, GRUPO CHIRON, un fabricante global de equipos CNC, hizo su incursión en el mundo de la fabricación aditiva, con el desarrollo de su primera impresora 3D DED, el AM Cube.

Pero, ¿qué motivó un paso tan grande hacia la arena de la impresión 3D en primer lugar?

Al añadir tecnología de fabricación aditiva a su cartera de productos, CHIRON apunta a proporcionar un paquete completo de soluciones de fabricación. Dirigido hacia componentes grandes y complejos, el AM Cube expande las competencias centrales existentes de la empresa que se centran en mecanizado y automatización de metal.

Dirigido a aplicaciones en aeroespacial, energía, fabricación de herramientas y otras industrias, el sistema imprime piezas near-net-shape pero también es capaz de recubrir y reparar componentes.

Una característica emocionante del AM Cube es su modularidad. La impresora 3D ha sido diseñada para que hasta tres cabezales de impresión puedan cambiarse durante un proceso activo de impresión o recubrimiento.

Además, Chiron se ha asegurado de permitir el uso de tanto hilo como polvo para mejorar la flexibilidad de la máquina. Esto es porque el recubrimiento con polvo es un proceso comúnmente usado en muchos entornos industriales, mientras que el DED basado en hilo entrega mejores características de seguridad y reducción de residuos.

Ahora CHIRON está creando una instalación donde usará su nueva impresora 3D para producir componentes más grandes, con largos plazos de aprovisionamiento y altos precios de material.

8. Formalloy

Formalloy ha existido desde principios de 2016, pero en esos 4 años, la empresa de impresión 3D metálica DED se ha hecho un nombre considerable.

La tecnología premiada de Formalloy se dice capaz de imprimir con una de las listas más completas de aleaciones metálicas en el mercado. Además, sus sistemas DED están equipados con tecnología de láser de luz azul, para crear piezas near-net-shape con diámetros que abarcan de 1 mm a 1 m, a una tasa de deposición de hasta 15 lbs por hora.

El último sistema X-series de la empresa también cuenta con alimentadores de polvo Formfeed que hacen posible imprimir en 3D con estructuras graduadas/bi-metálicas.

Con la tendencia creciente hacia monitorización en proceso, Formalloy implementó tecnología de control de lazo cerrado en la X-series, permitiendo al sistema monitorizar calidad y precisión de construcción en tiempo real.

Gracias a su capacidad para fabricar componentes grandes y reparar sus piezas, las impresoras 3D de Formalloy fueron adoptadas por la NASA en una serie de proyectos de I+D para investigar la escalabilidad de la fabricación aditiva de gran formato.

Desarrollando soluciones orientadas a reducción de costes y flexibilidad de material, Formalloy busca capturar una porción del mercado DED que solo ahora se está volviendo una categoría tecnológica más concurrida.

Fotopolimerización metálica

9. Incus

Incus GmbH, una spin-off del proveedor austriaco de impresoras 3D cerámicas Lithoz, debutó su nuevo proceso de impresión 3D de fotopolimerización metálica en Formnext 2019.

La tecnología detrás de su nueva impresora 3D se basa en técnicas de polimerización en cuba, como SLA y DLP, que usan materiales de resina líquida. Incus, por otro lado, ha desarrollado un proceso que permite el curado de un material fotorreactivo cargado de metal, usando un proyector de luz potente. Las piezas impresas en 3D usando la tecnología deben someterse a desligado y sinterizado para lograr sus propiedades finales.

Ventajas potenciales de este proceso sobre otras técnicas de fabricación aditiva metálica incluyen capacidad para trabajar con nuevos metales "no soldables", seguridad mejorada (debido a la evitación de polvos en suspensión), mayor precisión y, al ser basado en luz, velocidades de construcción más rápidas.

La tecnología fue llevada al mercado a finales de 2019 bajo la serie de impresoras 3D Hammer y ahora está en operación para varios clientes beta. Incus continúa afinando su tecnología y busca desbloquear más aplicaciones en los sectores médico, automotriz, aeroespacial y joyería.

Inyección de Material

10. Tritone

Casi todos los procesos de impresión 3D se centran en imprimir el objeto real, con una excepción siendo la impresión 3D de moldes para fundición.

La startup israelí Tritone ha desarrollado la tecnología única MoldJet que gira la idea del proceso usual de impresión 3D: en lugar de imprimir en 3D el objeto deseado, la impresora 3D de Tritone crea primero un molde y luego lo rellena con una pasta metálica o cerámica, mientras una cuchilla de precisión elimina cualquier exceso de material para dejar una capa lisa.

El material entonces pasa por un paso de procesamiento térmico para endurecerlo, seguido de inspección para analizar calidad de capa. Una vez terminado, las piezas se toman de la bandeja y se colocan en un baño ultrasónico que disuelve el material del molde para dejar una pieza verde robusta, lista para el paso final de sinterizado.

Una de las ventajas clave de usar MoldJet sobre otros procesos de impresión 3D es la capacidad de usar polvos estándar de Moldeo por Inyección de Metal (MIM), lo que podría reducir costes de material. Los materiales MIM son versátiles y comúnmente disponibles en todas partes, a niveles de precio de commodity.

Además, Tritone dice que las piezas pueden entregar una densidad de hasta el 99 por ciento, con una calidad similar a la de piezas MIM.

Actualmente, Tritone se centra en seguir desarrollando y probando la máquina impulsada por tecnología MoldJet. Será emocionante ver cómo la nueva tecnología será recibida en el mercado, cuando la empresa comercialice su impresora 3D metálica, con un lanzamiento planeado para finales de este año.

Avanzando el hardware de impresión 3D metálica

La impresión 3D metálica es una de las tecnologías de más rápido crecimiento hoy, y una razón de este crecimiento es su evolución continua.

Nuevos fabricantes de hardware uniéndose a la industria de fabricación aditiva son una de las fuerzas impulsoras detrás de esta evolución, ya que apuntan a desarrollar procesos que superen los desafíos de las máquinas ya existentes.

La creciente competencia en el mercado de impresión 3D metálica alimenta la innovación. Sin embargo, para aprovechar al máximo el hardware innovador de fabricación aditiva metálica, este debe también ser apoyado por avances en otras áreas, como desarrollo de materiales y software.

Solo creando un ecosistema que soporte el uso fiable y repetible de la impresión 3D metálica, tanto startups como empresas más consolidadas pueden hacer de la fabricación aditiva metálica una solución de fabricación valiosa.

Manténganse atentos a nuestro próximo artículo que echará un vistazo a las estrellas emergentes en materiales de impresión 3D metálica.