Ventajas clave de la impresión 3D en la fabricación moderna: innovación al alcance

Introducción

La impresión 3D crea piezas construyendo objetos capa por capa. Este método ofrece muchas ventajas frente a las técnicas de fabricación tradicionales (por ejemplo, mecanizado CNC), las más importantes para la industria en general se tratan en este artículo.

Es improbable que la impresión 3D reemplace muchos métodos de fabricación tradicionales, pero hay muchas aplicaciones donde una impresora 3D puede entregar un diseño rápidamente, con alta precisión y 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.

Aprende los fundamentos de la impresión 3D

Descarga nuestra guía de impresión 3D

Velocidad

Una de las principales ventajas de la fabricación aditiva es la velocidad a la que se pueden producir piezas comparada con los métodos tradicionales. Diseños complejos pueden subirse desde un modelo CAD e imprimirse en unas pocas horas. La ventaja es la verificación y desarrollo rápido de ideas de diseño.

Donde antes podía tomar días o incluso semanas recibir un prototipo, la fabricación aditiva pone un modelo en manos del diseñador en pocas horas. Aunque las máquinas industriales de fabricación aditiva tardan más en imprimir y post-procesar una pieza, la capacidad de producir piezas finales funcionales a volúmenes bajos y medios ofrece una enorme ventaja de ahorro de tiempo frente a las técnicas tradicionales (a menudo el tiempo de entrega de un molde de inyección por sí solo puede ser de semanas).

Fabricación en un solo paso

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

Considera un soporte de acero personalizado fabricado con métodos tradicionales:

Al igual que en la fabricación aditiva, el proceso comienza con un modelo CAD. Una vez finalizado el diseño, la fabricación empieza cortando los perfiles de acero a medida. Luego se sujetan en posición y se sueldan uno a uno para formar el soporte. A veces se necesita una plantilla personalizada para asegurar la alineación correcta. Las soldaduras se pulen para buen acabado. Luego se taladran agujeros para montar el soporte en la pared. Finalmente, se granalla, se prima y se pinta para mejorar su apariencia.

Mejora tus habilidades de diseño para impresión 3D

Consigue un póster gratis con reglas de diseño para impresión 3D

Las máquinas de fabricación aditiva completan una construcción en un solo paso, sin interacción del operador durante la fase de construcción. Tan pronto como el diseño CAD está finalizado, puede subirse a la máquina e imprimirse en un solo paso en un par de horas.

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

Coste

El coste de fabricación se puede desglosar en 3 categorías: costes de operación de máquina, coste de material y costes de mano de obra.

Costes de operación de máquina: La mayoría de impresoras 3D de escritorio consumen la misma energía que un portátil. Las tecnologías industriales de fabricación aditiva consumen mucha energía para producir una sola pieza. Sin embargo, la capacidad de producir geometrías complejas en un solo paso resulta en mayor eficiencia y respuesta. Los costes de operación de máquina suelen ser el menor contribuyente al coste total.

Costes de material: El coste de material para fabricación aditiva varía significativamente según la tecnología. Impresoras FDM de escritorio usan bobinas de filamento a ~25 $/kg, mientras que la impresión SLA requiere resina a ~150 $/litro. La gama de materiales disponibles hace difícil cuantificar una comparación con la fabricación tradicional. El polvo de nailon para SLS cuesta ~70 $/kg, mientras que pellets de nailon comparables para moldeo por inyección se compran por 2-5 $/kg. Los costes de material son el mayor contribuyente al coste de una pieza hecha por fabricación aditiva.

Costes de mano de obra: Una de las principales ventajas de la impresión 3D es el bajo coste de mano de obra. Aparte del post-procesado, la mayoría de impresoras 3D solo requieren que un operador pulse un botón. La máquina sigue un proceso completamente automatizado para producir la pieza. Comparado con la fabricación tradicional, donde se requieren maquinistas y operadores altamente cualificados, los costes de mano de obra para una impresora 3D son casi cero.

La fabricación aditiva a bajos volúmenes es muy competitiva en coste frente a la tradicional. Para producción de prototipos que verifiquen forma y ajuste, es significativamente más barata que otros métodos alternativos (ej. moldeo por inyección) y a menudo competitiva para fabricar piezas funcionales únicas. Las técnicas tradicionales se vuelven más rentables a medida que aumenta el volumen y los altos costes de configuración se justifican por grandes volúmenes de producción.

¿Curioso sobre el coste de la impresión 3D? Obtén una cotización instantánea

Impresión 3D en plástico Impresión 3D en metal

Mitigación de riesgos

Encargar 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.

Poder verificar un diseño imprimiendo un prototipo listo para producción antes de invertir en equipos de fabricación caros (ej. moldes, utillajes y plantillas) elimina el riesgo durante el proceso de prototipado. Esto ayuda a generar confianza en el propio diseño antes de hacer las grandes inversiones requeridas para la producción en masa.

Complejidad y libertad de diseño

Las restricciones impuestas por la fabricación tradicional sobre lo que se puede fabricar generalmente no son relevantes para la fabricación aditiva. Dado que los componentes se construyen capa a capa, requisitos de diseño como ángulos de desmoldeo, contra-desmoldeo y acceso de herramienta no se aplican al diseñar piezas para impresión 3D.

Aunque hay algunas restricciones sobre el tamaño mínimo de características que se pueden imprimir con precisión, la mayoría de las limitaciones de la fabricación aditiva giran en torno a cómo orientar óptimamente una impresión para reducir la dependencia de soportes y la probabilidad de fallo. Esto da a los diseñadores una gran libertad de diseño y permite la fácil creación de geometrías muy complejas.

Personalización

No solo la impresión 3D permite más libertad de diseño, también permite la personalización completa de diseños. Dado que las tecnologías actuales de fabricación aditiva sobresalen en la construcción de piezas individuales una a la vez, son perfectamente adecuadas para producción unitaria.

Este concepto ha sido adoptado por la industria médica y dental para fabricar prótesis, implantes y ayudas dentales personalizadas. Desde equipamiento deportivo de alto nivel adaptado perfectamente a un atleta hasta gafas de sol y accesorios de moda personalizados, la fabricación aditiva permite la producción rentable de piezas personalizadas en tiradas unitarias.

Obtén una comprensión profunda del estado actual del mercado de impresión 3D

Descarga el informe de tendencias de impresión 3D 2020

Facilidad de acceso

Aunque la fabricación aditiva existe desde hace más de 30 años, la mayor parte del crecimiento ha ocurrido desde 2010. Esto ha llevado a un gran número de impresoras 3D entrando en la industria, haciendo significativamente más fácil para los diseñadores acceder a la tecnología de fabricación aditiva.

Solo en 2015, se vendieron globalmente más de 278 000 impresoras de fabricación aditiva valoradas por debajo de 5000 $. El número de impresoras vendidas se ha duplicado consistentemente desde entonces. Lo que era originalmente una tecnología de nicho accesible solo a un pequeño segmento de la industria manufacturera es ahora un método de producción de piezas fácilmente disponible y competitivo en coste utilizado por una vasta gama de industrias.

Sostenibilidad

Los métodos de fabricación sustractiva, como fresado o torneado CNC, eliminan una cantidad significativa de material de un bloque inicial, resultando en altos volúmenes de residuos.

Los métodos de fabricación aditiva generalmente solo usan el material necesario para construir una pieza. La mayoría de procesos usan materias primas que pueden reciclarse y reutilizarse en más de una construcción. Como resultado, el proceso de fabricación aditiva produce muy poco residuo.

El aumento en el número de máquinas de fabricación aditiva en el mundo también ha impactado 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 operar con éxito, los diseños no necesitan enviarse a un experto para ser fabricados. Además, la huella de un sistema industrial de fabricación aditiva es mucho menor que la de un sitio de fabricación tradicional.

Por esta razón, los servicios profesionales de impresión 3D se crean en todo el mundo, incluso en ubicaciones donde el coste del suelo es alto (ej. Londres o Nueva York). La reducción en los requisitos de envío tiene un impacto ambiental positivo. Esto, unido a la capacidad de imprimir y producir piezas de repuesto in situ, resulta en una huella de carbono mucho menor para la mayoría de piezas producidas mediante fabricación aditiva.

¿Quieres saber más sobre impresión 3D?

Consigue una muestra del manual de impresión 3D