Explore las 7 tecnologías clave de fabricación aditiva

La fabricación aditiva se refiere al proceso de creación de una pieza construyéndola gradualmente mediante la adición de material. ¡Este material puede ser metal, cerámica, plástico, fotopolímero o incluso comida! ISO/ASTM ha clasificado los diferentes tipos de tecnologías de fabricación aditiva en siete categorías.

Este artículo describirá cómo funciona cada uno de estos tipos de procesos de fabricación aditiva, así como sus usos, ventajas y diferencias.

1. Chorro de aglutinante

Pieza de acero inoxidable fabricada por Xometry mediante inyección de Binder.

Binder Jetting es una tecnología de fabricación aditiva basada en lecho de polvo que crea piezas depositando selectivamente un agente aglutinante sobre una fina capa de material en polvo. El proceso comienza cuando la impresora coloca una capa uniforme de polvo, generalmente plástico, metal, arena o cerámica, sobre la plataforma de construcción. Se utiliza una cuchilla de repintado para garantizar que se distribuya una capa precisa de polvo en la plataforma de construcción. Esto normalmente lo hace la cuchilla del recubridor, transfiriendo el material desde un contenedor de almacenamiento de polvo al lado del área de impresión. Se levanta el material del depósito de almacenamiento y la cuchilla del recubridor barre el polvo del depósito de almacenamiento a lo largo de la plataforma de construcción a la altura de capa requerida. A continuación, un cabezal de inyección de tinta se mueve sobre el polvo y dispensa un agente aglutinante sobre el polvo en la forma de la sección transversal parcial de la capa actual. Para piezas de plástico a todo color, el agente aglutinante también contiene un colorante para crear piezas de varios colores.

A continuación, la plataforma de impresión baja una capa de altura. La cuchilla de repintado distribuye otra capa de polvo encima de la anterior y el proceso continúa. Cuando se inyecta metal con aglutinante, la pieza debe sinterizarse después de la impresión para eliminar la porosidad y mejorar la resistencia mecánica. Alternativamente, se puede mezclar un polvo metálico de baja temperatura de fusión, como el bronce, con el material primario. Cuando se calienta la pieza impresa, el bronce se derretirá y llenará los espacios entre las partículas de polvo de aleación de metal primario.

La Tabla 1 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos de la inyección de aglomerante:

Tabla 1. Resumen de Binder Jetting

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

• Arena
• Plásticos (PMMA, ABS, PA, PC)
• Cerámica
• Metal (acero inoxidable, aleaciones de titanio)

Aplicaciones

• Moldes de fundición en arena
• Prototipos multicolores
• Piezas metálicas baratas en comparación con otros procesos de impresión en metal

Ventajas

• Grandes volúmenes de construcción
• Partes multicolores
• No se requieren soportes
• El polvo no utilizado es reciclable
• Más plásticos disponibles

2. Fusión de lecho de polvo (PBF)

La fusión de lecho de polvo (PBF) se refiere a una variedad de tecnologías de fabricación aditiva que fusionan polvos utilizando una fuente de energía enfocada de alta potencia. La fuente de energía puede ser un láser (SLM o DMLS) o un haz de electrones (EBM). Con PBF se pueden utilizar polvos de metal y plástico. El proceso funciona colocando primero una fina capa de polvo (a menudo precalentado) sobre la plataforma de construcción. Esto se logra con una cuchilla recubridora para garantizar la consistencia en la altura de la capa. Luego, un haz de energía enfocado funde las partículas de polvo para formar la capa transversal actual de la pieza. Luego, la plataforma de construcción desciende una capa. Se añade otra capa de polvo y se repite el proceso.

Se necesitan haces de energía de mayor potencia para los metales y se requiere una atmósfera inerte para la impresión DMLS y SLM. Para EBM, el volumen de construcción debe mantenerse al vacío. Las máquinas PBF pueden imprimir rápidamente, especialmente si se utilizan impresoras de haces múltiples. EMB utiliza solo un haz, pero el haz se puede redirigir extremadamente rápido, simulando así la funcionalidad de múltiples haces.

La tabla 2 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos de la fusión en lecho de polvo:

Tabla 2. Resumen de fusión del lecho de polvo

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

• Metal (aluminio, titanio, cobre, cromo-cobalto, etc.)
• Nailon
• Cerámica

Aplicaciones

Piezas metálicas funcionales como álabes de turbinas, cámaras de combustión de motores de cohetes e intercambiadores de calor

Ventajas

• El polvo no utilizado se puede reciclar
• Amplia gama de opciones de metales

3. Deposición de energía dirigida

La deposición de energía dirigida (DED) es un proceso de materiales aditivos que se utiliza exclusivamente con metales. A menudo se utiliza para reparar piezas metálicas existentes. Esta capacidad de reparación es posible porque DED puede imprimir en cinco ejes de movimiento, a diferencia de otros procesos de impresión, que están limitados a tres. Una impresora DED puede maniobrar alrededor de piezas existentes con geometrías complejas.

Este tipo de fabricación aditiva no se limita a reparaciones, sino que también permite imprimir piezas nuevas. DED funciona dirigiendo un polvo o un alambre metálico a la boquilla de impresión. Luego, un láser o un rayo de electrones funde el material y lo fusiona con el material base. Cualquier metal soldable se puede fabricar o reparar con DED. Al igual que en los procesos de soldadura, para la impresión DED se necesita un gas protector (rayo láser) o un vacío (haz de electrones). El gas solo cubrirá el área que el rayo está derritiendo activamente. Alternativamente, todo el volumen de construcción se puede saturar con un gas inerte, lo que requiere un volumen de construcción sellado herméticamente.

La Tabla 3 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos de DED:

Tabla 3. Resumen de deposición de energía dirigida

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

Metales (cromo-cobalto, titanio, Inconel, tantalio, niobio, aceros inoxidables)

Aplicaciones

• Reparación de piezas
• Componentes aeroespaciales avanzados

Ventajas

• Puede imprimir piezas grandes (1000 mm3)
• Puede reparar piezas existentes
• Puede imprimir una amplia gama de metales y aleaciones

4. Lanzamiento de material

Una pieza a todo color con un acabado pulido y con revestimiento transparente, fabricada con el servicio PolyJet de Xometry.

La inyección de material utiliza una serie de boquillas de inyección de tinta para depositar material en una plataforma de construcción, creando una pieza. Este proceso requiere el uso de fotopolímeros como materia prima. Funciona depositando primero una capa de fotopolímero en la plataforma de construcción. A continuación, una fuente de luz ultravioleta se mueve sobre el fotopolímero para curarlo. Luego, la plataforma de construcción desciende y se repite el proceso.

Dado que el curado del material impreso con luz ultravioleta es una parte integral de este proceso de fabricación aditiva, sólo los plásticos, muchos de los cuales son fotopolímeros, pueden imprimirse mediante inyección de material. Se requieren estructuras de soporte para imprimir piezas con éxito mediante inyección de material.

La tabla 4 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos del chorro de material:

Tabla 4. Resumen de inyección de material

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

• Resinas de fotopolímero
• Materiales digitales (fotopolímeros compuestos)
• Cera

Aplicaciones

• Prototipos de productos funcionales
• Modelos anatómicos a todo color

Ventajas

• Muy bajo desperdicio
• Es posible realizar piezas multimaterial y multicolor
• Proceso de alta velocidad
• Alta resolución

5. Laminación de láminas

La laminación de láminas es un proceso de fabricación aditiva en capas que construye piezas apilando y uniendo láminas de material, en lugar de depositar o fusionar polvos o líquidos. Se puede utilizar con una variedad de materiales, incluidos papel, láminas de polímero, compuestos y algunos metales. Si bien el proceso generalmente produce piezas de baja resolución, ofrece alta velocidad de producción y bajo costo, lo que lo hace ventajoso para ciertas aplicaciones industriales y de creación de prototipos. 

El proceso funciona colocando secuencialmente láminas delgadas, cada una cortada para que coincida con la sección transversal de la pieza en esa capa. Luego, estas láminas se unen a la capa anterior mediante diversas técnicas según el material. En algunos sistemas, un láser o una cuchilla corta la geometría de la pieza de la hoja antes o después de la unión. El exceso de material alrededor de la pieza se puede eliminar durante o después de la construcción. 

Las láminas de metal comúnmente se unen mediante fabricación aditiva ultrasónica (UAM), que aplica vibraciones ultrasónicas bajo presión para fusionar las capas de metal sin fundirlas. Las láminas de plástico normalmente se unen mediante calor y presión, ya sea térmicamente o con adhesivos. Los compuestos (por ejemplo, fibras de aramida, fibra de vidrio o capas reforzadas con fibra de carbono) y el papel generalmente se laminan mediante adhesivos y compresión. La laminación de láminas también se utiliza para crear piezas con una forma casi neta, que posteriormente pueden mecanizarse o posprocesarse utilizando CNC u otras técnicas sustractivas para lograr tolerancias y acabados superficiales más estrictos.

La Tabla 5 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos de la laminación en láminas:

Tabla 5. Resumen de laminación de hojas

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

• Papel
• Cerámica
• Compuestos de fibra de carbono
• Metal (aluminio, cobre, acero inoxidable, titanio)

Aplicaciones

• Prototipos a todo color
• Partes de forma casi neta

Ventajas

• Bajo costo
• Alta velocidad
• Partes a todo color

6. Extrusión de materiales

Primer plano de una pieza impresa FDM fabricada por Xometry.

La extrusión de materiales es uno de los tipos de fabricación aditiva más conocidos, principalmente debido a su adopción por parte del mercado de consumo. La extrusión de materiales a menudo se denomina FDM (modelado por deposición fundida) o FFF (fabricación de filamentos fundidos). El proceso funciona dirigiendo un filamento de plástico desde un carrete de suministro, haciéndolo pasar a través de una cámara calentada y luego fuera de una boquilla de impresión. A medida que el material sale de la boquilla, se deposita en la forma de la sección transversal de la pieza actual sobre la plataforma de construcción. Una vez que se completa una capa, los cabezales de impresión suben un espesor de capa. El proceso se repite hasta completar la pieza.

Los termoplásticos y los termoplásticos rellenos son las materias primas más habituales utilizadas con esta tecnología. Sin embargo, se pueden utilizar materiales de matriz de polímero/polvo metálico para crear piezas metálicas. Deben ser postprocesados en horno para desarrollar sus propiedades mecánicas finales.

La tabla 6 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos de la extrusión de materiales:

Tabla 6. Resumen de extrusión de materiales

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• Nailon
• ULTEM

Aplicaciones

• Plantillas de montaje
• Prototipos funcionales
• Componentes de bajo volumen de producción

Ventajas

• Bajo costo
• Fácil de usar
• Termoplásticos reales

7. Fotopolimerización con IVA

La fotopolimerización VAT es un proceso de fabricación aditiva que crea piezas curando selectivamente una resina de fotopolímero líquido utilizando una fuente de luz. Las dos tecnologías principales en esta categoría son:

• SLA (estereolitografía):utiliza un láser UV para trazar y solidificar la sección transversal de la pieza capa por capa.
• DLP (procesamiento de luz digital):utiliza un proyector digital para proyectar una capa completa a la vez, curando la resina simultáneamente en toda la capa.

Ambos procesos implican una tina de resina de fotopolímero líquida. La plataforma de construcción comienza justo debajo de la superficie de la resina. En SLA, un rayo láser escanea la superficie de la resina para solidificar la forma deseada de la capa actual. En DLP, un proyector de luz muestra la imagen de la capa completa en una sola exposición. Una vez que se cura una capa, la plataforma de construcción se mueve verticalmente (generalmente hacia arriba), permitiendo que la resina sin curar fluya debajo de la pieza, y la siguiente capa se cura encima de la anterior. Este proceso continúa hasta que la pieza esté completamente formada. Debido a que la pieza emerge gradualmente de la tina, parece como si la plataforma de construcción estuviera sacando el objeto de la resina líquida.

La tabla 7 a continuación muestra los materiales, aplicaciones y ventajas típicos de la fotopolimerización VAT:

Tabla 7. Resumen de fotopolimerización con IVA

Materiales Aplicaciones Ventajas

Materiales

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• PA
• ABS relleno de fibra de carbono
• VISTAZO

Aplicaciones

• Prototipos visuales/maquetas
• Modelos de joyería para crear moldes

Ventajas

• Alta velocidad
• Es posible obtener detalles muy finos

¿Qué es la fabricación aditiva?

La fabricación aditiva se refiere al proceso aditivo de crear una pieza construyéndola capa a capa. Esto contrasta con la fabricación sustractiva, que comienza con un bloque sólido de material y elimina cualquier exceso para crear una pieza. El mecanizado CNC es un ejemplo de fabricación sustractiva.

Para obtener más información, consulte nuestra guía completa sobre fabricación aditiva.

La fabricación aditiva representa un punto de inflexión en la producción, con siete procesos principales:inyección de aglutinante, fusión de lecho de polvo, deposición de energía dirigida, inyección de material, laminación de láminas, extrusión de material y fotopolimerización en tina. Cada proceso ofrece sus propios puntos fuertes, ya sea en precisión, escala, velocidad o versatilidad de materiales. Lo que destaca es el paso de la eliminación inútil de material a la creación controlada, capa por capa, abriendo posibilidades que van desde la reparación de piezas aeroespaciales vitales hasta la impresión de prototipos detallados y componentes funcionales. La tecnología se presenta no como una solución única, sino como un conjunto de herramientas, donde el proceso adecuado puede combinarse con el desafío correcto, haciendo que la fabricación sea más eficiente, adaptable e innovadora.

Preguntas frecuentes sobre los tipos de fabricación aditiva

¿Cuál es el tipo de fabricación aditiva más utilizado?

Los tipos de fabricación aditiva más utilizados son:extrusión de materiales (FDM/FFF), laminación de láminas, polimerización por IVA y fusión en lecho de polvo (PBF). Vale la pena señalar que el grado de adopción de cada tecnología de fabricación aditiva varía según la industria en la que se utiliza. Por ejemplo, la industria aeroespacial hace un uso intensivo de DED y fusión de lecho de polvo.

¿Qué organización clasifica los procesos de fabricación aditiva?

ASTM International e ISO son responsables conjuntamente de la categorización de los procesos de fabricación aditiva. ASTM e ISO crearon las siete categorías descritas en este artículo.

¿Cómo se clasifican los procesos de fabricación aditiva?

Los procesos de fabricación aditiva están clasificados según ISO/ASTM 52900, el estándar internacional que define términos y categorías clave en AM. Organiza tecnologías en siete tipos de procesos, según cómo se forman las capas y se unen los materiales. Estas categorías incluyen métodos como extrusión de materiales, fotopolimerización en tina y fusión en lecho de polvo, entre otros. Esta clasificación ayuda a garantizar la coherencia entre industrias y aplicaciones.

¿Es la impresión 3D un ejemplo de fabricación aditiva?

Sí, la impresión 3D es una forma de fabricación aditiva. De hecho, es el ejemplo más conocido y utilizado. El término "impresión 3D" se utiliza a menudo de manera informal para referirse a todos los procesos de fabricación aditiva, que implican la construcción de objetos capa por capa a partir de modelos digitales.

Para obtener más información, consulte nuestra guía completa sobre impresión 3D frente a fabricación aditiva.

Resumen

Este artículo revisó 7 tipos diferentes de procesos de fabricación aditiva y describió cómo funcionan, sus ventajas y desventajas. Para obtener más información sobre los diferentes tipos de fabricación aditiva y cómo cada uno puede adaptarse mejor a su aplicación específica, comuníquese hoy con un experto de Xometry.

Xometry ofrece una amplia gama de capacidades de fabricación, incluida la impresión 3D y servicios de valor agregado para todas sus necesidades de producción y creación de prototipos. Visite nuestro sitio web para obtener más información o solicitar un presupuesto gratuito y sin compromiso.

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Dean McClements

Dean McClements es un Licenciado en Ingeniería Mecánica con honores y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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