Impresión 3D para fabricación aditiva:lo que necesita saber

Hay mucha confusión en torno a los términos fabricación aditiva e impresión 3D decir.

Y eso no es sorprendente. Después de todo, ambos términos se relacionan con procesos muy similares.

Tanto la fabricación aditiva como la impresión 3D describen un proceso de creación de objetos mediante la construcción gradual de finas capas de material.

En este artículo, explicaremos exactamente qué son la fabricación aditiva y la impresión 3D, cómo se relacionan entre sí y para qué se utilizan.

¿Para qué se utiliza la fabricación aditiva en la impresión 3D?

En la fabricación tradicional, las piezas suelen mecanizarse a partir de bloques de material más grandes. En otras palabras, el material se sustrae del bloque inicial para formar la pieza. Naturalmente, esto causa una gran cantidad de residuos. Si alguna vez vio un video de un maquinista que convertía un bloque sólido de metal o madera en una pieza terminada, probablemente le sorprendió la gran cantidad de material desperdiciado.

Por el contrario, en la fabricación aditiva, las piezas se fabrican acumulando capas de material para formar la pieza acabada. ¿Como funciona? Eso depende del tipo de fabricación aditiva utilizada.

Según la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM), existen siete categorías de fabricación aditiva:

1. Fotopolimerización del IVA — los objetos se construyen a partir de capas de resina de fotopolímero líquido, que se cura con luz ultravioleta.
2. Fusión de lecho de polvo — los objetos se construyen a partir de capas de material en polvo y se derriten (o “fusionan”) usando calor o un láser potente. Las técnicas comunes incluyen la sinterización selectiva por láser (SLS).
3. Lanzamiento de material — cada capa de un objeto se construye utilizando un cabezal de impresión, que deposita gotas de un material líquido en una superficie de construcción donde se solidifican rápidamente. Una vez completada, cada capa se cura con luz ultravioleta.
4. Laminación de láminas — los objetos se construyen a partir de láminas o cintas de metal, que se unen mediante soldadura ultrasónica. La laminación de láminas no es una técnica completamente aditiva, ya que el material excedente generalmente debe eliminarse utilizando técnicas de fabricación tradicionales como el mecanizado CNC.
5. Extrusión de materiales — el material se extrae a través de una boquilla, donde se calienta y se deposita en capas sobre una plataforma de construcción. En este caso, no se necesita ningún proceso adicional para curar las capas, ya que cada capa se deposita en estado fundido.
6. Deposición de energía dirigida — DED abarca una variedad de técnicas complejas de fabricación aditiva que se utilizan para reparar o agregar material a los componentes existentes. En la mayoría de las implementaciones, se deposita un material fundido a través de una boquilla sobre la superficie objetivo, donde se solidifica. El proceso es similar en principio a la extrusión de material, con la excepción de que la boquilla debe poder moverse en múltiples direcciones para tener en cuenta superficies objetivo de diferentes formas.
7. Lavado de aglutinante — también conocido como Impresión 3D .

Dado que este artículo se centra específicamente en la impresión 3D para la fabricación aditiva, analizaremos este más de cerca.

¿Qué es el proceso de fabricación aditiva (impresión 3D)?

La impresión 3D utiliza dos materiales:

1. Un material a base de polvo, generalmente plástico, metal o cerámica, y;
2. Un aglutinante que actúa como adhesivo entre capas de polvo. La mayoría de los aglutinantes vienen en forma líquida.

El término impresión 3D proviene de la similitud visual de la inyección de aglomerante con la impresión 2D. Dentro de una impresora de inyección de tinta estándar, un cabezal de impresión se desplaza horizontalmente a lo largo de los ejes X e Y para depositar gotas de tinta en una hoja de papel.

De manera similar, para construir un objeto mediante la impresión 3D, el cabezal de impresión se mueve horizontalmente a lo largo de los ejes X e Y de la máquina y deposita capas alternas del material de construcción y el material de unión. Después de completar cada capa, la plataforma de construcción que sostiene el objeto se baja ligeramente para permitir que se imprima la siguiente capa.

Dependiendo del tamaño del objeto que se imprima, puede requerir cientos, miles o incluso decenas de miles de estas capas para completarse. Para darte una idea de cómo es el proceso, mira este video de lapso de tiempo de un modelo de la torre Eiffel impreso en 3D.

Importancia de la fabricación aditiva y el software de impresión 3D

Todas las técnicas de fabricación aditiva, incluida la impresión 3D, dependen de técnicas de diseño digital como el diseño asistido por computadora (CAD). De hecho, todo el propósito de la impresión 3D es convertir diseños digitales en objetos del mundo real.

En el pasado, los ingenieros usaban software CAD combinado con técnicas rigurosas de modelado de simulación para diseñar objetos que serían robustos y efectivos en el mundo real. Pero había un problema. Las técnicas de fabricación tradicionales, como el mecanizado CNC y el moldeo por inyección, tienen ciertas limitaciones, lo que hace que producir esos objetos de otro modo 'perfectos' imposibles.

Aquí es donde entra en juego la relación armoniosa entre CAD y la impresión 3D. Una de las ventajas más importantes de la impresión 3D es que permite producir diseños digitales en el mundo real sin las limitaciones de las técnicas de fabricación tradicionales.

La impresión CAD y 3D permite que la fabricación sea impulsada por el diseño , mientras que históricamente, el proceso de diseño tenía que ser impulsado por lo que era posible utilizando técnicas de fabricación convencionales. Esto brinda a los ingenieros mucha más libertad de diseño que nunca y ha facilitado grandes avances en varias industrias.

Si bien la mayoría del software CAD comercial ha introducido un módulo para la fabricación aditiva, crear su propia aplicación CAD personalizada para la fabricación aditiva es bastante fácil con los SDK 3D de Spatial. Visite www.spatial.com para obtener más información.

Obtenga información sobre la diferencia entre la fabricación aditiva y la impresión 3D

1. Los 7 tipos principales de fabricación aditiva
2. 6 avances médicos en impresión 3D
3. Cómo aprovechar al máximo CAD en el proceso de fabricación aditiva

Beneficios de la fabricación aditiva de impresión 3D sobre las técnicas de fabricación tradicionales

Por supuesto, la libertad de diseño no es la única ventaja que tiene la impresión 3D sobre las técnicas de fabricación tradicionales. Algunas de las otras ventajas principales incluyen:

• Produzca estructuras complejas pero ligeras con fabricación aditiva y materiales de impresión 3D.

Ya hemos señalado que la impresión 3D permite construir objetos que no se pueden construir con técnicas tradicionales. Sin embargo, también vale la pena señalar que debido a que se construyen capa por capa, las piezas altamente complejas se pueden construir en una sola pieza. Al mismo tiempo, debido a la variedad de materiales disponibles, incluso las piezas impresas en 3D complejas pueden tener un peso bajo y una alta resistencia a la tracción.

• Es más barato para compilaciones únicas.

Una de las grandes ventajas de la impresión 3D es que no requiere moldes ni plataformas de montaje especiales. Como resultado, se pueden producir pequeños lotes de objetos únicos fácilmente y a un costo mucho menor.

• Menos desperdicio.

Como ya se ha señalado, la impresión 3D es un aditivo técnica de fabricación, mientras que muchas técnicas tradicionales implican extracción de material . Este hecho por sí solo significa que la impresión 3D genera muchos menos residuos que otras técnicas de fabricación comunes.

• Tiempo de comercialización más rápido.

Sencillamente, ninguna otra técnica permite a los fabricantes diseñar y construir objetos tan rápido como la impresión 3D. Esto es particularmente valioso cuando se trata de construir y probar prototipos. Es por esta razón que la impresión 3D se ha convertido en sinónimo de una de sus aplicaciones más comunes:la creación rápida de prototipos.

Impresión 3D para fabricación aditiva utilizada para construir prototipos rápidos

La creación rápida de prototipos es, simplemente, la producción rápida de un objeto, pieza o modelo físico.

Se puede utilizar cualquier técnica de fabricación en la creación rápida de prototipos, desde técnicas de fabricación tradicionales como el mecanizado CNC hasta técnicas más modernas como la soldadura 3D. Sin embargo, por razones obvias, las tecnologías aditivas como la impresión 3D son las más utilizadas.

Como su nombre lo indica, la creación rápida de prototipos se utiliza principalmente para construir una serie de prototipos, que se pueden probar y descartar rápidamente hasta encontrar el mejor diseño. Este enfoque iterativo del diseño y la fabricación siempre ha sido popular y se ha vuelto más eficaz con la evolución de los procesos de fabricación aditiva.

La creación rápida de prototipos tiene tres beneficios distintos para los fabricantes cuando se combina con la impresión 3D:

• Es muy rentable. La mayor parte del proceso está automatizado, por lo que se requiere poco personal para completar el proceso. Del mismo modo, los materiales y los procesos de fabricación son más económicos de configurar que con técnicas de fabricación alternativas.

• Velocidad. La creación rápida de prototipos ayuda a los fabricantes a producir y descartar diseños más rápido que nunca, aprendiendo de cada iteración y acercándose cada vez más al producto final. Esto se traduce en un tiempo de comercialización más rápido (TTM), que a menudo es una ventaja competitiva significativa.

• Riesgo reducido. Los errores en la fabricación pueden ser extremadamente costosos. Debido a la inversión de bajo costo y tiempo necesaria para producir prototipos adicionales, la creación rápida de prototipos reduce drásticamente el riesgo de errores costosos durante la etapa de producción en masa.

¿Para qué se utiliza la impresión 3D?

En este punto, aparte de la fabricación, la mayor parte del bombo y la atención de los medios por la impresión 3D se ha centrado en sus aplicaciones de consumo. Es innegablemente "genial" que cualquier persona con una computadora portátil y menos de mil dólares pueda diseñar y construir casi cualquier objeto que pueda imaginar.

Sin embargo, el verdadero valor de la impresión 3D radica en sus aplicaciones comerciales. Algunas de las principales industrias que aprovechan la impresión 3D incluyen:

Aviación y aeroespacial — La impresión 3D tiene beneficios evidentes para la industria de la aviación. En particular, permite a las empresas de aviación construir prototipos de forma rápida y económica utilizando materiales resistentes y ligeros. En este momento, la impresión 3D se está utilizando para fabricar de todo, desde elementos de acabado interno, como respaldos de mesas y reposacabezas, hasta componentes de motores y armamento.

Con el desarrollo de impresoras 3D cada vez más grandes, podemos esperar ver que se construyan aún más componentes utilizando la impresión 3D en un futuro cercano, tal vez incluso un motor de avión completo.

Cuidado de la salud — En el pasado, la disponibilidad de implantes y prótesis ha sido un obstáculo considerable y costoso para la atención de los pacientes. Sin embargo, desde hace varios años, la impresión 3D se ha utilizado en el desarrollo de una amplia variedad de guías de corte quirúrgico, prótesis e incluso implantes específicos para pacientes.

A medida que los materiales han evolucionado, la industria ha podido utilizar la impresión 3D para fabricar productos cada vez más ligeros, resistentes y seguros, al tiempo que ha reducido los plazos de entrega y los costes.

Automoción — Desde hace varias décadas, la industria automotriz ha utilizado la impresión 3D y otras técnicas de fabricación aditiva para producir prototipos. Inicialmente, este era el único uso viable para la impresión 3D en la industria automotriz, ya que los materiales disponibles no eran lo suficientemente resistentes para el uso en el mundo real.

Sin embargo, a medida que los materiales han evolucionado, la impresión 3D ha adquirido un papel más importante en la industria. Ahora, la técnica se usa de forma rutinaria para producir una variedad de moldes, herramientas de termoformado, agarres, plantillas y accesorios que se necesitan durante la fabricación. En otras palabras, la impresión 3D se está utilizando para mejorar otras técnicas de fabricación.

Pero eso no es todo. La impresión 3D es también invaluable para producir piezas personalizadas como carrocerías y componentes internos que se utilizan para personalizar vehículos específicos.

Arquitectura — La industria de la arquitectura se basa en modelos a escala para mostrar a los clientes e inversores cómo se verá un proyecto una vez que se haya construido. Históricamente, estos modelos se han construido a mano y, a menudo, requerían cientos de horas de trabajo para completarlos. Naturalmente, la impresión 3D lo ha cambiado todo.

Dado que los proyectos arquitectónicos ya Diseñados con software de computadora, son candidatos naturales para la impresión 3D. Ahora, una vez que se ha completado un archivo CAD, se puede enviar directamente a impresión, ahorrando una gran cantidad de tiempo y garantizando una réplica precisa del modelo.

¿Qué sigue para la impresión 3D y la fabricación aditiva?

Hasta ahora, la adopción comercial generalizada se ha limitado a industrias que ya son reconocidas por estar a la vanguardia de la tecnología:fabricación, aviación, automotriz y atención médica, en particular.

Sin embargo, con el hardware y los materiales mejorando todo el tiempo, no hay duda de que la impresión 3D seguirá creciendo en los próximos años.

Desde casas impresas en 3D hasta automóviles, no pasará mucho tiempo hasta que casi todo lo que usamos a diario se pueda construir utilizando esta técnica aparentemente de la era espacial.