Las ventajas de la impresión 3D

Introducción

Impresión 3D crea partes construyendo objetos una capa a la vez. Este método ofrece muchas ventajas frente a las técnicas de fabricación tradicionales (por ejemplo el mecanizado CNC), siendo la más importante de los cuales se aplican a la industria en su conjunto están cubiertos en este artículo.

Es poco probable que la impresión 3D reemplace muchos métodos de fabricación tradicionales, pero hay muchas aplicaciones en las que una impresora 3D puede generar un diseño rápidamente, con alta precisión a partir de un material funcional.

Comprender las ventajas de la impresión 3D permite a los diseñadores tomar mejores decisiones al seleccionar un proceso de fabricación y les permite entregar un producto óptimo.

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Velocidad

Una de las principales ventajas de la fabricación aditiva es la velocidad a la que se pueden producir las piezas en comparación con los métodos de fabricación tradicionales. Diseños complejos se puede cargar desde un modelo CAD e imprimir en unas pocas horas. La ventaja de esto es la rápida verificación y desarrollo de ideas de diseño.

Mientras que en el pasado se tardaba días o incluso semanas en recibir un prototipo, la fabricación aditiva pone un modelo en manos del diseñador en unas pocas horas. . Si bien las máquinas de fabricación aditiva más industriales tardan más en imprimir y postprocesar una pieza, la capacidad de producir piezas finales funcionales en volúmenes bajos a medios ofrece una gran ventaja de ahorro de tiempo en comparación con las técnicas de fabricación tradicionales (a menudo el tiempo de entrega en un el troquel de moldeo por inyección solo puede llevar semanas).

Fabricación en un solo paso

Una de las mayores preocupaciones de un diseñador es cómo fabricar una pieza de la forma más eficiente posible. La mayoría de las piezas requieren una gran cantidad de pasos de fabricación para ser producidas por tecnologías tradicionales. El orden en que ocurren estos pasos afecta la calidad y la capacidad de fabricación del diseño.

Considere un soporte de acero personalizado fabricado mediante métodos de fabricación tradicionales:

De manera similar a la fabricación aditiva, el proceso comienza con un modelo CAD. Una vez finalizado el diseño, la fabricación comienza con el primer corte de los perfiles de acero a medida. Luego, los perfiles se sujetan en su posición y se sueldan uno a la vez para formar el soporte. A veces, será necesario crear una plantilla personalizada para garantizar que todos los componentes estén alineados correctamente. Luego, las soldaduras se pulen para dar un buen acabado superficial. Se perforan los siguientes agujeros para que el soporte se pueda montar en la pared. Finalmente, el bracket es arenado, imprimado y pintado para mejorar su apariencia.

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Las máquinas de fabricación aditiva completan una construcción en un solo paso, sin interacción del operador de la máquina durante la fase de construcción. Tan pronto como se finaliza el diseño CAD, se puede cargar en la máquina e imprimir en un solo paso en un par de horas.

La capacidad de producir una pieza en un solo paso reduce en gran medida la dependencia de diferentes procesos de fabricación (mecanizado, soldadura, pintura) y otorga al diseñador un mayor control sobre el producto final.

Costo

El costo de fabricación se puede dividir en 3 categorías; costos de operación de la máquina, costos de materiales y costos de mano de obra.

Costos de operación de la máquina :


La mayoría de las impresoras 3D de escritorio usan la misma cantidad de energía que una computadora portátil. Las tecnologías industriales de fabricación aditiva consumen una gran cantidad de energía para producir una sola pieza. Sin embargo, la capacidad de producir geometrías complejas en un solo paso da como resultado una mayor eficiencia y tiempo de respuesta. Los costos de operación de la máquina suelen ser los que menos contribuyen al costo total de fabricación.

Costos de materiales :


El costo del material para la fabricación aditiva varía significativamente según la tecnología. Las impresoras FDM de escritorio usan bobinas de filamento que cuestan alrededor de $25 por kg, mientras que la impresión SLA requiere resina que se vende al por menor alrededor de $150 por litro. La gama de materiales disponibles para la fabricación aditiva dificulta la cuantificación de una comparación con la fabricación tradicional. El polvo de nailon utilizado en SLS cuesta alrededor de $70 por kg, mientras que los gránulos de nailon comparables utilizados en el moldeo por inyección se pueden comprar por tan solo $2 - $5 por kg. Los costos de materiales son los que más contribuyen al costo de una pieza fabricada a través de la fabricación aditiva.

Costos de mano de obra :


Una de las principales ventajas de la impresión 3D es el bajo costo de la mano de obra. Dejando a un lado el procesamiento posterior, la mayoría de las impresoras 3D solo requieren que un operador presione un botón. Luego, la máquina sigue un proceso completamente automatizado para producir la pieza. En comparación con la fabricación tradicional, donde normalmente se requieren maquinistas y operadores altamente calificados, los costos de mano de obra para una impresora 3D son casi cero.

La fabricación aditiva en volúmenes bajos tiene un coste muy competitivo en comparación con la fabricación tradicional. Para la producción de prototipos que verifican la forma y el ajuste, es significativamente más económico que otros métodos de fabricación alternativos (por ejemplo, el moldeo por inyección) y, a menudo, es competitivo para la fabricación de piezas funcionales únicas. Las técnicas de fabricación tradicionales se vuelven más rentables a medida que aumenta el volumen y los altos costos de instalación se justifican por los grandes volúmenes de producción.

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Impresión 3D en plásticoImpresión 3D en metal

Mitigación de riesgos

Pedir un prototipo defectuoso cuesta tiempo y dinero al diseñador. Incluso pequeños cambios en un molde o método de fabricación pueden tener un gran impacto financiero.

Ser capaz de verificar un diseño mediante la impresión de un prototipo listo para la producción antes de invertir en costosos equipos de fabricación (por ejemplo, moldes o herramientas y plantillas) elimina el riesgo durante el proceso de creación de prototipos. Esto ayuda a generar confianza en el diseño de uno antes de realizar las grandes inversiones necesarias para el nivel de producción en masa.

Complejidad y libertad de diseño

Las restricciones impuestas por la fabricación tradicional sobre lo que se puede hacer generalmente no son relevantes para la fabricación aditiva. Dado que los componentes se construyen una capa a la vez, los requisitos de diseño, como los ángulos de desmoldeo, las socavaduras y el acceso a las herramientas, no se aplican cuando se diseñan piezas para imprimir en 3D.

Si bien existen algunas restricciones sobre las características de tamaño mínimo que se pueden imprimir con precisión, la mayoría de las limitaciones de la fabricación aditiva se centran en cómo orientar de manera óptima una impresión para reducir la dependencia del soporte y la probabilidad de fallas en la impresión. Esto brinda a los diseñadores una gran libertad de diseño y permite la creación sencilla de geometrías muy complejas.

Personalización

La impresión 3D no solo permite una mayor libertad de diseño, sino que también permite una personalización completa de los diseños. Dado que las tecnologías de fabricación aditiva actuales sobresalen en la construcción de piezas individuales una a la vez, son perfectamente adecuadas para la producción única.

Este concepto ha sido adoptado por la industria médica y dental para la fabricación de prótesis, implantes y ayudas dentales personalizadas. Desde equipos deportivos de alto nivel que se adaptan perfectamente a un atleta hasta gafas de sol personalizadas y accesorios de moda, la fabricación aditiva permite la producción rentable de piezas personalizadas en una sola tirada.

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Facilidad de acceso

Si bien la fabricación aditiva existe desde hace más de 30 años, la mayor parte del crecimiento se ha producido desde 2010. Esto debe llevar a que una gran cantidad de impresoras 3D ingresen a la industria, lo que facilita significativamente a los diseñadores el acceso a la tecnología de fabricación aditiva.

Solo en 2015, se vendieron en todo el mundo más de 278 000 impresoras de fabricación aditiva valoradas en menos de \$5000. El número de impresoras vendidas se duplicó constantemente desde entonces. Lo que originalmente era una tecnología de nicho accesible solo para un pequeño segmento de la industria manufacturera ahora está fácilmente disponible y es un método rentable de producción de piezas utilizado por una amplia gama de industrias.

Sostenibilidad

Los métodos de fabricación sustractivos, como el fresado o el torneado CNC, eliminan una cantidad significativa de material de un bloque inicial, lo que genera grandes volúmenes de material de desecho.

Los métodos de fabricación aditiva generalmente solo usan el material necesario para construir una pieza. La mayoría de los procesos utilizan materias primas que se pueden reciclar y reutilizar en más de una construcción. Como resultado, el proceso de fabricación aditiva genera muy pocos residuos.

El aumento en el número de máquinas de fabricación aditiva en el mundo también ha afectado la distancia a la que se envían los prototipos:

Debido a que las impresoras 3D de sobremesa tienen una curva de aprendizaje relativamente pequeña para funcionar con éxito, no es necesario enviar los diseños a un experto para que los fabrique. Además, la huella de un sistema de fabricación aditiva industrial es mucho más pequeña que la huella de un sitio de fabricación tradicional.

Por este motivo, se crean servicios profesionales de impresión 3D en todo el mundo, incluso en lugares donde el coste del suelo es elevado (por ejemplo, en Londres o Nueva York). La reducción de los requisitos de envío tiene un impacto ambiental positivo. Esto, junto con la capacidad de imprimir y producir piezas de repuesto en el sitio, da como resultado una huella de carbono mucho menor para la mayoría de las piezas producidas a través de la fabricación aditiva.

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