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¿Qué es la impresión 3D? - Tipos y cómo funciona

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D o fabricación aditiva es la construcción de un objeto tridimensional a partir de un modelo CAD o un modelo digital 3D.

El término "impresión 3D" puede referirse a una variedad de procesos en los que el material se deposita, une o solidifica bajo el control de una computadora en un objeto tridimensional, donde los materiales, como plásticos, líquidos o granos de polvo, se fusionan entre sí. , normalmente capa por capa.

En la década de 1980, las técnicas de impresión 3D solo se consideraban adecuadas para producir prototipos funcionales o estéticos; un término más apropiado para esto en ese momento era creación rápida de prototipos.

Desde 2019, la precisión, la repetibilidad y la diversidad de materiales de la impresión 3D han aumentado hasta el punto de que algunos procesos de impresión 3D se consideran tecnologías de producción de grado industrial, y el término fabricación aditiva se usa indistintamente con la impresión 3D.

Uno de los principales beneficios de la impresión 3D es la capacidad de producir formas o geometrías muy complejas que de otro modo serían imposibles de diseñar a mano, incluidas piezas huecas o piezas con estructuras internas de truss para reducir el peso. El modelado por deposición fundida (FDM), que utiliza un filamento continuo de material termoplástico, es el proceso de impresión 3D más utilizado a partir de 2020.

Artículo relacionado :¿Qué es la fabricación aditiva?

¿Quién inventó la impresión 3D?

El primer equipo de fabricación de impresión 3D fue desarrollado por Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya cuando inventó dos métodos aditivos para fabricar modelos 3D.

¿Cuándo se inventó la impresión 3D?

Sobre la base del trabajo de Ralf Baker en la década de 1920 para fabricar artículos decorativos (patente US423647A), el trabajo inicial de Hideo Kodama en la creación rápida de prototipos de resina curada con láser se completó en 1981. Su invento se amplió durante las siguientes tres décadas, con la introducción de la estereolitografía en 1984 .

Chuck Hull de 3D Systems inventó la primera impresora 3D en 1987, que utilizaba el proceso de estereolitografía. A esto le siguieron desarrollos como la sinterización selectiva por láser y la fusión selectiva por láser, entre otros.

Otros costosos sistemas de impresión 3D se desarrollaron en las décadas de 1990 y 2000, aunque el costo de estos se redujo drásticamente cuando las patentes expiraron en 2009, abriendo la tecnología para más usuarios.

¿Cómo funciona una impresora 3d?

Básicamente, una impresora 3D funciona extruyendo plástico fundido a través de una pequeña boquilla que se mueve con precisión bajo el control de una computadora. Imprime una capa, espera a que se seque y luego imprime la siguiente capa encima. El plástico con el que se imprimen los modelos es obviamente muy importante.

La impresión 3D es parte de la familia de fabricación aditiva y utiliza métodos similares a los de una impresora de inyección de tinta tradicional, aunque en 3D. Se necesita una combinación de software de primera línea, materiales similares al polvo y herramientas de precisión para crear un objeto tridimensional desde cero. A continuación se muestran algunos de los principales pasos que toman las impresoras 3D para dar vida a las ideas.

Software de modelado 3D

El primer paso de cualquier proceso de impresión 3D es el modelado 3D. Para maximizar la precisión (y debido a que las impresoras 3D no pueden adivinar mágicamente lo que desea imprimir), todos los objetos deben diseñarse en un software de modelado 3D. Algunos diseños son demasiado complejos y detallados para los métodos de fabricación tradicionales.

Ahí es donde entra en juego este software CAD. El modelado permite a los impresores personalizar su producto hasta el más mínimo detalle. La capacidad del software de modelado 3D para permitir diseños de precisión es la razón por la cual la impresión 3D está siendo aclamada como un verdadero cambio de juego en muchas industrias.

Este software de modelado es especialmente importante para una industria, como la odontología, donde los laboratorios usan software tridimensional para diseñar alineadores de dientes que se ajustan con precisión al individuo. También es vital para la industria espacial, donde utilizan el software para diseñar algunas de las partes más complejas de un Rocketship.

Cortando el modelo

Una vez que se crea un modelo, es hora de "cortarlo". Dado que las impresoras 3D no pueden conceptualizar el concepto de tres dimensiones, como los humanos, los ingenieros deben dividir el modelo en capas para que la impresora cree el producto final.

El software de corte toma escaneos de cada capa de un modelo y le indicará a la impresora cómo moverse para recrear esa capa. Los rebanadores también les dicen a las impresoras 3D que "llenen" un modelo.

Este relleno le da a un objeto impreso en 3D celosías y columnas internas que ayudan a dar forma y fortalecer el objeto. Una vez que se corta el modelo, se envía a la impresora 3D para el proceso de impresión real.

El proceso de impresión 3D

Cuando se completa el modelado y el corte de un objeto 3D, es hora de que la impresora 3D finalmente se haga cargo. La impresora actúa generalmente de la misma manera que una impresora de inyección de tinta tradicional en el proceso de impresión 3D directa, donde una boquilla se mueve hacia adelante y hacia atrás mientras dispensa capa por capa una cera o un polímero similar al plástico, espera que esa capa se seque y luego agrega el siguiente nivel. Básicamente, agrega cientos o miles de impresiones 2D una encima de la otra para crear un objeto tridimensional.

Materiales de impresion 3D

Hay una variedad de materiales diferentes que utiliza una impresora para recrear un objeto lo mejor que pueda. Estos son algunos ejemplos:

El proceso de impresión 3D lleva desde unas pocas horas para impresiones realmente simples, como una caja o una pelota, hasta semanas para proyectos detallados mucho más grandes, como una casa de tamaño completo.

Ejemplos de impresion 3D

La impresión 3D abarca muchos tipos de tecnologías y materiales, ya que la impresión 3D se utiliza en casi todas las industrias imaginables. Es importante pensar en él como un grupo de diferentes industrias con una variedad de usos diferentes.

Algunos ejemplos:

Tipos de tecnologías de impresión 3D

Hay varios tipos de impresión 3D, que incluyen:

1. Procesos de impresión 3D de polímeros

Describamos algunos procesos de impresión 3D comunes para plásticos y discutamos cuándo cada uno es de mayor beneficio para los desarrolladores, ingenieros y diseñadores de productos.

2. Estereolitografía (SLA)

La estereolitografía (SLA) es el proceso de impresión 3D industrial original. Las impresoras SLA se caracterizan por producir piezas con un alto nivel de detalle, superficies lisas y tolerancias estrechas. Las superficies de alta calidad de las piezas SLA no solo se ven bien, sino que también pueden respaldar la función de la pieza, por ejemplo, probar el ajuste de un ensamblaje.

Es ampliamente utilizado en la industria médica. Las aplicaciones comunes incluyen modelos anatómicos y microfluidos. Usamos impresoras 3D Vipers, ProJets e iPros de 3D Systems para piezas SLA.

3. Sinterización selectiva por láser (SLS)

La sinterización selectiva por láser (SLS) funde polvos a base de nailon en plástico sólido. Dado que las piezas SLS están hechas de material termoplástico real, son duraderas, adecuadas para pruebas funcionales y pueden llevar bisagras y broches vivos.

En comparación con SL, las piezas son más fuertes pero tienen superficies más rugosas. SLS no requiere estructuras de soporte, por lo que toda la plataforma de construcción se puede utilizar para anidar varias piezas en una sola construcción. Esto lo hace adecuado para cantidades de piezas superiores a las de otros procesos de impresión 3D. Muchas piezas SLS se utilizan para prototipos de diseños que algún día se moldearán por inyección. Para nuestras impresoras SLS utilizamos máquinas sPro140 desarrolladas por 3D Systems.

4. PolyJet

PolyJet es otro proceso de impresión 3D de plástico, pero hay un giro. Puede fabricar piezas con múltiples propiedades como colores y materiales. Los diseñadores pueden utilizar la tecnología para crear prototipos de piezas elastoméricas o sobremoldeadas. Si su diseño está hecho de un solo plástico rígido, le recomendamos que se quede con SL o SLS, esto es más económico.

Sin embargo, cuando está creando prototipos de un diseño de caucho de silicona o sobremoldeado, PolyJet puede ahorrarle la necesidad de invertir en herramientas al principio del ciclo de desarrollo. Esto puede ayudarlo a iterar y validar su diseño más rápido y ahorrarle dinero.

5. Procesamiento de luz digital (DLP)

El procesamiento de luz digital es similar a SLA en el sentido de que cura la resina líquida con luz. La principal diferencia entre las dos tecnologías es que DLP usa una pantalla de proyección de luz digital mientras que SLA usa un láser UV.

Esto significa que las impresoras 3D DLP pueden mapear una capa completa de la construcción a la vez, lo que resulta en velocidades de construcción más rápidas. Aunque la impresión DLP se utiliza a menudo para la creación rápida de prototipos, su mayor rendimiento la hace adecuada para la producción de piezas de plástico en pequeñas cantidades.

6. Fusión multichorro (MJF)

Al igual que SLS, Multi Jet Fusion también construye piezas funcionales a partir de polvo de nailon. En lugar de sinterizar el polvo con un láser, MJF utiliza una matriz de inyección de tinta para aplicar fundente al lecho de polvo de nailon. Luego, un elemento calefactor pasa sobre la cama para fusionar cada capa.

Esto conduce a propiedades mecánicas más uniformes en comparación con SLS ya una mejor calidad superficial. Otro beneficio del proceso MJF es el tiempo de construcción acelerado, lo que conduce a costos de producción más bajos.

7. Modelado por Deposición Fundida (FDM)

El modelado por deposición fundida (FDM) es una popular tecnología de impresión 3D de escritorio para piezas de plástico. Una impresora FDM extruye un filamento de plástico capa por capa sobre la plataforma de construcción. Esta es una forma económica y rápida de crear modelos físicos.

Hay algunos casos en los que se puede utilizar FDM para pruebas funcionales, pero la tecnología es limitada debido a piezas con superficies relativamente rugosas y falta de resistencia.

8. Sinterización directa de metal por láser (DMLS)

La impresión 3D en metal abre nuevas posibilidades para la construcción de piezas metálicas. El proceso que utilizamos en Protolabs para imprimir piezas metálicas en 3D es la sinterización directa de metal por láser (DMLS). Se usa ampliamente para reducir ensamblajes de metal de varias piezas a un solo componente o piezas demasiado livianas con canales internos o características ahuecadas.

DMLS es adecuado tanto para la creación de prototipos como para la producción porque las piezas son tan densas como las que se fabrican con métodos tradicionales de fabricación de metales, como el mecanizado o la fundición. Al crear componentes metálicos con geometrías complejas, también es adecuado para aplicaciones médicas en las que el diseño de una pieza debe imitar una estructura orgánica.

9. Fusión por haz de electrones (EBM)

La fusión por haz de electrones es otra tecnología de impresión 3D de metal que utiliza un haz de electrones controlado por bobinas electromagnéticas para fundir el polvo metálico. La cama de impresión se calienta en condiciones de vacío durante la construcción. La temperatura a la que se calienta el material está determinada por el material utilizado.

¿Cómo se usa una impresora 3D? (Paso a Paso)

Muchas tecnologías diferentes comparten los mismos pasos básicos que cubriremos a continuación, pero cada impresora 3D también puede ser más fácil o más difícil de usar dependiendo de sus características.

Paso 1:prepare su diseño para la impresión en 3D

En este punto, es importante que tenga una pieza lista para imprimir y que haya elegido su material. Esta pieza puede ser una que haya diseñado usted mismo usando CAD (diseño asistido por computadora), una tomada de un escaneo 3D o una que haya tomado de un inventario de diseños existentes.

Antes de comenzar a imprimir, debe traducir su diseño a "coordenadas" que la impresora 3D pueda entender, así como también indicarle parámetros importantes como el material con el que está imprimiendo.

Esto se conoce como "rebanar", porque consiste en rebanar el diseño 3D en las capas que adivinó. Esto generalmente se hace en un programa conocido como software de preparación de corte o impresión.

Paso 2:configure su impresora

También puede hacer este paso primero si lo desea. O puede que no necesite hacerlo en absoluto, por ejemplo, si imprime regularmente el mismo tipo de piezas.

Pero antes de empezar a imprimir, asegúrese de comprobar que ha cargado el material correcto. Elija también diferentes tamaños de boquillas, con una boquilla más pequeña que brinda impresiones más detalladas y una boquilla más grande para un tiempo de impresión más rápido.

Paso 3:envíe su archivo a la impresora

Una vez que esté listo para comenzar, debe llevar el archivo a su impresora 3D. Hay dos formas principales de hacer esto. Una es cargar el archivo en un dispositivo de almacenamiento de datos (como una unidad USB), colocarlo en la impresora e iniciar el trabajo de impresión a través de la interfaz de la impresora.

La otra opción es enviar el trabajo de forma remota a una impresora habilitada para la red a través de su red local o la nube. La impresión remota es particularmente útil si no se encuentra en la misma ubicación que su impresora 3D.

Paso 4:impresión 3D

¡Ahora puedes sentarte y relajarte! O si está en el trabajo, haga otra cosa mientras la impresora hace su trabajo.

Los tiempos de impresión varían según el tamaño y el nivel de detalle de su objeto impreso y su tipo de impresora 3D. Un componente pequeño o un prototipo aproximado puede tardar solo unas pocas horas. La mayoría de las piezas estarán listas al día siguiente si deja la impresora funcionando durante la noche. Y si necesita una impresión muy grande y detallada, es posible que deba esperar un par de días.

¿Para que se utiliza la impresion 3D?

La impresión 3D se puede utilizar tanto de forma recreativa como profesional, en diversas industrias. Tiene aplicaciones en muchos campos y sectores diferentes, desde la industria de la salud hasta la ingeniería, pasando por la moda.

Cada vez más, la impresión 3D se considera una solución sostenible y económica para crear prototipos y herramientas para diferentes proyectos y procesos de fabricación. Tradicionalmente, la adquisición de prototipos puede llevar mucho tiempo y ser costosa, lo que obliga a las empresas a depender de fabricantes externos. La impresión 3D permite a las empresas fabricar rápidamente unidades de un objeto, herramienta o prototipo, todo internamente.

Un gran ejemplo de esto es la empresa de calzado Camper. La impresión 3D interna les ha permitido transformar su proceso de modelado y diseño de casi un mes y medio de duración en una operación que lleva solo varios días.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D o fabricación aditiva es el proceso de hacer objetos sólidos tridimensionales a partir de un archivo digital. La creación de un objeto impreso en 3D se logra mediante procesos aditivos. En un proceso aditivo, se crea un objeto colocando capas sucesivas de material hasta que se crea el objeto. Cada una de estas capas se puede ver como una sección transversal del objeto en rodajas finas.

La impresión 3D es lo opuesto a la fabricación sustractiva, que consiste en cortar/ahuecar una pieza de metal o plástico con, por ejemplo, una fresadora. La impresión 3D le permite producir formas complejas utilizando menos material que los métodos de fabricación tradicionales.

¿Cómo funciona la impresión 3D?

Básicamente, una impresora 3D funciona extruyendo plástico fundido a través de una pequeña boquilla que se mueve con precisión bajo el control de una computadora. Imprime una capa, espera a que se seque y luego imprime la siguiente capa encima. El plástico con el que se imprimen los modelos es obviamente muy importante.

¿Cuáles son los tipos de impresión 3D?

Hay varios tipos de impresión 3D:

  1. Estereolitografía (SLA)
  2. Sinterización selectiva por láser (SLS)
  3. Modelado de deposición fundida (FDM)
  4. Proceso de luz digital (DLP)
  5. Fusión multichorro (MJF)
  6. PolyJet.
  7. Sinterizado directo de metal por láser (DMLS)
  8. Fusión por haz de electrones (EBM)

¿Qué es exactamente la impresión 3D?

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es un método para crear un objeto tridimensional capa por capa utilizando un diseño creado por computadora. La impresión 3D es un proceso aditivo mediante el cual se construyen capas de material para crear una pieza 3D.

¿Es cara la impresión 3D?

La impresión 3D puede costar desde $3 hasta miles de dólares. Es difícil obtener el costo exacto de una impresión 3D sin un modelo 3D. Factores como el material, la complejidad del modelo y la mano de obra afectan el precio de la impresión 3D. Los servicios de impresión 3D a veces pueden costar más que una impresora 3D básica.

¿Puedes imprimir algo en 3D?

No, las impresoras 3D no pueden imprimir nada en términos de materiales y formas. Las impresoras 3D requieren propiedades específicas en los materiales para la impresión 3D, como los termoplásticos como el PLA, que se ablandan cuando se calientan en lugar de quemarse. Pueden imprimir casi cualquier forma, estructura y objeto con la orientación correcta y la ayuda de soporte.

¿Es la impresión 3D el futuro?

Si bien es posible que la impresión 3D aún no se esté apoderando de toda la industria manufacturera, los analistas predicen que habrá un gran crecimiento y que el mercado tendrá un valor de 32,78 mil millones de dólares para 2023. Los analistas han pronosticado que la industria de la impresión 3D tendrá un valor de 32,7 mil millones de dólares. para 2023.

¿Qué pueden hacer las impresoras 3D?

Los diseñadores utilizan impresoras 3D para crear rápidamente modelos y prototipos de productos, pero también se utilizan cada vez más para fabricar productos finales. Entre los artículos hechos con impresoras 3D se encuentran diseños de zapatos, muebles, piezas fundidas en cera para hacer joyas, herramientas, trípodes, artículos de regalo y novedosos, y juguetes.

¿Qué puedes hacer con una impresora 3D en casa?

Ideas y proyectos de impresión 3D útiles para su hogar

¿Cuánto cuesta hacer funcionar una impresora 3D por hora?

El consumo de energía promedio de una impresora 3D es de alrededor de 125 vatios, lo que resulta en un costo por hora de 1,58 centavos (con un precio por kWh de 12,69 centavos).

¿Puedo ganar dinero con mi impresora 3D?

Sí, puedes ganar dinero con una impresora 3D. Y hay muchas formas de hacerlo, ya sea vendiendo artículos impresos en 3D, productos digitales o incluso ofreciendo un servicio de impresión en 3D en su área local.

¿Pueden las impresoras 3D hacer comida?

Y sí, algunas impresoras 3D permiten la creación de dulces, pasteles, chocolates, pizzas y platos de todo tipo. Una impresora 3D de alimentos ofrece más libertad y creatividad en la cocina y, en algunos casos, puede incluso reducir el desperdicio de alimentos.

¿Qué industria utiliza más la impresión 3D?

Aeroespacial. Boeing, Airbus e incluso la NASA están aprovechando la impresión 3D. La capacidad de producir rápidamente piezas ligeras a bajo costo es valiosa para los profesionales aeroespaciales.

¿Qué no puede hacer una impresora 3D?

Las formas no se pueden imprimir en 3D:

¿Por qué la impresión 3D no es popular?

Por un lado, las impresoras 3D no están ni cerca de poder reproducir dispositivos complejos. La mayoría de las impresoras 3D solo pueden depositar uno o dos materiales a la vez, por lo que no es fácil fabricar un producto como un teléfono inteligente que tiene metal, vidrio, plástico y otros materiales en su interior.

¿Cuáles son los pros y los contras de la impresión 3D?

Hablamos con tres profesionales en la esfera de la impresión 3D, incluido Mages, sobre los pros y los contras de la tecnología.

¿La impresión 3D reemplazará al mecanizado CNC?

A medida que la fabricación de impresión 3D continúa creciendo en popularidad, muchas personas preguntan:"¿Reemplazará la fabricación de impresión 3D el mecanizado CNC?" La buena noticia es que no tiene por qué ser así. Tanto la impresión 3D como el mecanizado CNC tienen su lugar en la fabricación.

¿Necesitas una computadora para una impresora 3D?

No es necesario tener una computadora para usar una impresora 3D. Esto se debe a que casi todas las impresoras 3D cuentan con un lector de tarjetas SD que se utiliza para leer archivos y comenzar a imprimirlos. Si ya tiene una tarjeta SD con sus archivos almacenados en ella, ya no es necesaria una computadora para usar la impresora.

¿Cuáles son los peligros de la impresión 3D?

Los COV de las impresoras 3D incluyen productos químicos nocivos como el estireno (un carcinógeno conocido) y la caprolactama (una molécula de riesgo agudo). Las impresoras 3D también emiten partículas ultrafinas que son imposibles de ver a simple vista.

¿Qué tinta utilizan las impresoras 3D?

Las impresoras 3D tradicionales utilizan metales en polvo y plásticos como tinta. Estos son excelentes para fabricar acero superresistente o incluso huesos artificiales, pero no tanto para fabricar materiales biocompatibles que necesitan más flexibilidad, como los injertos de piel.

¿Cuánto cuesta construir una impresora 3D?

Aquí hay un desglose rápido. Los kits de impresoras 3D de la impresora DIY cuestan alrededor de $ 200; las impresoras para aficionados oscilan entre $ 500 y $ 1,500. Las impresoras 3D FDM profesionales cuestan alrededor de $2500 y las impresoras FDM profesionales de gran formato cuestan alrededor de $4000.

¿Qué tan fuerte es el plástico impreso en 3D?

Proporciona facilidad de uso a bajo costo y, lo que es más importante, es razonablemente fuerte. Además, puede imprimir con PLA a baja temperatura, sin cama caliente, pero tiene una resistencia a la tracción de 7250 psi.

¿Se puede imprimir metal en 3D?

La impresión 3D en metal está cambiando la forma en que creamos piezas. En tiradas de producción de volumen bajo a medio, las propias piezas se pueden fabricar de forma más rápida, económica y con menos esfuerzo que los procesos de fabricación tradicionales.

¿Cuánta electricidad consume una impresora 3D?

La impresora 3D promedio con un extremo caliente a 205 °C y una cama calentada a 60 °C consume una potencia promedio de 70 vatios. Para una impresión de 10 horas, esto usaría 0,7kWh, que es alrededor de 9 centavos. La energía eléctrica que usa su impresora 3D depende principalmente del tamaño de su impresora y de la temperatura de la base caliente y la boquilla.

¿Qué tan difícil es usar una impresora 3D?

¿Es difícil aprender a imprimir en 3D? La impresión 3D aún está en pañales y, como resultado, no es muy fácil de usar. Las impresoras son frágiles y delicadas y, como resultado, pueden parecer abrumadoras para los principiantes. Aquellos que buscan crear sus propios diseños también deben dedicar tiempo a aprender software específico y, a menudo, complejo.


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