Fabricación aditiva explicada: Desde el diseño hasta la pieza final

Introducción

La fabricación aditiva (a veces denominada prototipado rápido o impresión 3D) es un método de manufactura donde capas de un material se construyen para crear un objeto sólido. Aunque hay muchas tecnologías de impresión 3D diferentes, este artículo se centrará en el proceso general desde el diseño hasta la pieza final. Ya sea que la pieza final sea un prototipo rápido o una pieza funcional final, el proceso general no cambia.

Proceso de fabricación aditiva

1. CAD (Diseño Asistido por Ordenador)

Producir un modelo digital es el primer paso en el proceso de fabricación aditiva. El método más común para producir un modelo digital es el diseño asistido por ordenador (CAD). Hay una gran gama de programas CAD gratuitos y profesionales compatibles con la fabricación aditiva. La ingeniería inversa también puede usarse para generar un modelo digital mediante escaneo 3D.

Hay varias consideraciones de diseño que deben evaluarse al diseñar para fabricación aditiva. Estas generalmente se centran en limitaciones de geometría de características y requisitos de soporte o agujeros de escape y varían según la tecnología.

2. Conversión a STL y manipulación de archivos

Una etapa crítica en el proceso de fabricación aditiva que varía de la metodología de manufactura tradicional es el requisito de convertir un modelo CAD en un archivo STL (estereolitografía). STL usa triángulos (polígonos) para describir las superficies de un objeto. Una guía sobre cómo convertir un modelo CAD a archivo STL se puede encontrar aquí. Hay varias limitaciones del modelo que deben considerarse antes de convertir un modelo a archivo STL incluyendo tamaño físico, estanqueidad y cuenta de polígonos.

Una vez que se ha generado un archivo STL, el archivo se importa en un programa de laminado (slicer). Este programa toma el archivo STL y lo convierte en G-code. El G-code es un lenguaje de programación de control numérico (NC). Se usa en manufactura asistida por ordenador (CAM) para controlar herramientas de máquina automatizadas (incluyendo máquinas CNC e impresoras 3D). El programa de laminado también permite al diseñador personalizar los parámetros de construcción incluyendo soporte, altura de capa y orientación de la pieza.

3. Impresión

Las máquinas de impresión 3D a menudo comprenden muchas piezas pequeñas e intrincadas, por lo que el mantenimiento y calibración correctos son críticos para producir impresiones precisas. En esta etapa, el material de impresión también se carga en la impresora. Las materias primas usadas en fabricación aditiva a menudo tienen una vida útil limitada y requieren manipulación cuidadosa. Aunque algunos procesos ofrecen la capacidad de reciclar material de construcción excedente, la reutilización repetida puede resultar en una reducción de las propiedades del material si no se reemplaza regularmente.

La mayoría de máquinas de fabricación aditiva no necesitan ser monitorizadas después de que la impresión ha comenzado. La máquina seguirá un proceso automatizado y los problemas generalmente solo surgen cuando la máquina se queda sin material o hay un error en el software. Una explicación sobre cómo cada una de las diferentes impresoras de fabricación aditiva producen piezas se puede encontrar aquí.

4. Extracción de las impresiones

Para algunas tecnologías de fabricación aditiva, la extracción de la impresión es tan simple como separar la pieza impresa de la plataforma de construcción. Para otros métodos de impresión 3D más industriales, la extracción de una impresión es un proceso altamente técnico que involucra la extracción precisa de la impresión mientras aún está encapsulada en el material de construcción o unida a la placa de construcción. Estos métodos requieren procedimientos de extracción complicados y operadores de máquina altamente cualificados junto con equipos de seguridad y entornos controlados.

5. Post-procesado

Los procedimientos de post-procesado varían de nuevo según la tecnología de impresora. SLA requiere que un componente cure bajo UV antes de manipular, las piezas de metal a menudo necesitan alivio de tensión en un horno mientras que las piezas FDM pueden manipularse de inmediato. Para tecnologías que utilizan soporte, este también se elimina en la etapa de post-procesado. La mayoría de materiales de impresión 3D pueden lijarse y otras técnicas de post-procesado incluyendo tumbado, limpieza con aire a alta presión, pulido y coloreado se implementan para preparar una impresión para uso final.