La fabricación aditiva comienza a madurar más allá de la impresión 3D de escritorio

La impresión 3D está creciendo. ¿Es tan revolucionario como su promesa o simplemente otra herramienta valiosa en la caja de herramientas de trabajo, o ambas cosas? Hablamos con MakerBot y un consultor de impresión 3D en Rust Belt para ver dónde están las cosas y hacia dónde se dirigen.

La impresión 3D no ha alcanzado todo su potencial en entornos profesionales y centrados en la fabricación, pero hay mucho espacio saludable para crecer allí, dicen ingenieros, consultores y académicos de fabricación aditiva. Y están surgiendo nuevas tecnologías y máquinas que aprovechan las innovaciones en polvos metálicos. Una de las preguntas más importantes sobre la tecnología es si puede pasar de ser un favorito del diseño de piezas y prototipos a un pilar en el piso de producción. ¿Ganará su ritmo en niveles de producción más altos? ¿Y cuáles son las barreras para hacer olas más grandes?

Los expertos de la industria dicen que los talleres de todos los tamaños están utilizando estos procesos 3D en una variedad de formas ingeniosas, desde sujeción de piezas y moldes personalizados hasta piezas funcionales de uso final con una geometría que solo es posible con la fabricación aditiva.

“Los talleres de CNC han estado usando cosas como MakerBot para imprimir en 3D estructuras complejas que pueden sostener el dispositivo en el molino en el ángulo necesario para poder mecanizar la pieza”, dice Chris Barrett, presidente de 3DDirections. "Así que los talleres fabrican plantillas, accesorios y algunas herramientas de esa manera".

Barrett es químico y físico de oficio, pero estaba aburrido de los tubos de ensayo y encontró su camino hacia la ciencia de los materiales y la ingeniería. Debido a que reside en Ohio, Barrett estuvo expuesto a la fabricación tradicional y al mundo de las tecnologías emergentes de impresión aditiva y 3D. Comenzó su consultoría con una sólida comprensión de ambos mundos y se enfoca en ayudar a las empresas a aprovechar la tecnología donde tiene más sentido.

Nota:Barrett, como capacitador de Tooling U-SME, organizó un seminario web el 27 de junio sobre la fabricación aditiva en Better MRO, donde describió siete categorías principales de impresión 3D y analizó las ventajas y desventajas de cada tipo. La repetición está disponible en el enlace de video de arriba. Temas incluidos:

• Fotopolimerización en cuba
  • Contiene estereolitografía (SLA) y procesamiento de luz digital (DLP)
• Fusión de lecho de polvo (PBF)
  • Contiene SLS, sinterización directa de metal por láser (DMLS), SLM, fusión por haz de electrones (EBM)
• Impresión por chorro de aglomerante (BJP)
• Impresión por chorro de material (MJP)
• Laminación de láminas (LOM)
• Extrusión de materiales
  • Contiene modelado por deposición fundida (FDM)

• Deposición de energía dirigida (DED)

“Existen varias formas clave en las que los fabricantes y los talleres utilizan las impresoras 3D profesionales en la actualidad”, dice Dave Veisz, vicepresidente de ingeniería de MakerBot. “Las empresas los están utilizando para la organización del lugar de trabajo:para piezas que ayudan a un taller a implementar la fabricación ajustada 5S, accesorios de montaje y medición, pinzas de piezas, calibres y donde los plásticos de alta resistencia son adecuados... -aplicaciones de fuerza o de alta temperatura, como accesorios para hornos, pero para muchas aplicaciones de accesorios y herramientas, funciona bien”.

Una ventaja crucial de la impresión 3D:la complejidad geométrica es "gratis", dice Veisz. Por ejemplo, supongamos que está diseñando una pinza para recoger y colocar una fundición y tiene una forma compleja. Puede generar la inversa de la geometría de fundición en CAD, modificarla para la aplicación e imprimir una coincidencia perfecta. Dado que el costo y el tiempo de la impresión 3D dependen principalmente del volumen de la pieza, no hay costo adicional para las geometrías difíciles de lograr a través de los procesos de fabricación tradicionales”.

Impresión 3D en metal, fabricación aditiva:¿quién lo usa hoy?

La fabricación aditiva que usa polvo metálico o termoplásticos de alta temperatura se usa predominantemente en el sector aeroespacial y de defensa, y por una buena razón:estas empresas pueden permitirse invertir dólares en investigación y desarrollo en piezas más pequeñas, a veces complejas, que tienen el potencial de reducir costos o acelerar el tiempo de entrega. Las piezas incluyen:conductos complejos para sistemas de control ambiental, túnel de viento y componentes de vehículos aéreos no tripulados, tanques para combustible y otros líquidos, piezas sustitutas y capas compuestas.

“La mayoría de los principales OEM aeroespaciales y de defensa, incluidos Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, los que tienen grandes bases de ingresos, están todos involucrados”, dice Barrett. “Y las otras compañías que están comenzando a usarlo son firmas biomédicas que fabrican implantes de cadera de titanio en la actualidad. Pero lo que te encuentras es el costo”.

Los OEM quieren poder ofertar el trabajo y subcontratar a fabricantes más pequeños. El desafío es que los estándares aún no se han puesto al día con las piezas impresas en metal. Los estándares de la FAA para piezas aeroespaciales, especialmente para aviones de pasajeros grandes, pueden ser estrictamente estrictos. Se necesita mucha investigación para comprender qué son anomalías menores aceptables y cuáles no.

En este momento, un taller de trabajo más pequeño podría imprimir una pieza de metal para un OEM, pero solo puede usar, por ejemplo, un tipo de polvo de metal en su máquina según el estándar en una máquina aprobada, por lo que las limitaciones son costosas. , dice Barrett. Los talleres de trabajo necesitan flexibilidad para obtener ganancias.

Vea cómo un fabricante aeroespacial y de defensa encontró un nicho en el trabajo aditivo 3D. Leer “ Cómo llevar una pieza impresa en 3D al mercado aeroespacial .”

“La buena noticia es que en los próximos cinco a 10 años, los estándares comenzarán a tener un impacto”, dice Barrett. "Actualmente, el NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología) está investigando mucho aquí".

Pero no se limita a la industria aeroespacial o los implantes. Se están fabricando otros instrumentos médicos, como dispositivos de mano, carros médicos y guías y herramientas quirúrgicas, así como piezas para las categorías de energía, transporte y productos de consumo. En el sector del petróleo y el gas, se están produciendo piezas para rotores y estatores. En automoción, las empresas están fabricando paneles, interiores personalizados y parrillas. Y para los consumidores, piense en la forma y el calce:monturas para anteojos y diseños de preproducción.

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El método de MakerBot se dirige al mercado profesional y los talleres de trabajo

Una de las empresas que ganó mucha tracción y atención durante la primera adopción de la impresión 3D por parte de los consumidores fue MakerBot. La empresa, que fue comprada por Stratasys en 2013, ha dedicado los últimos años a la investigación y el desarrollo más allá de los mercados de aficionados y educadores. Stratasys fabrica piezas 3D para Airbus desde 2015.

En diciembre pasado, MakerBot lanzó una máquina de impresión 3D más avanzada dirigida al mercado profesional denominada Method, que cuesta alrededor de un tercio de una impresora 3D industrial de nivel de entrada. MakerBot colaboró ​​con Stratasys en el desarrollo de la tecnología utilizada en la nueva máquina. Method es la primera plataforma de hardware nueva en aproximadamente tres años para MakerBot.

“Realmente es la primera plataforma que hemos desarrollado desde cero como afiliado de Stratasys”, dice Veisz. "Es una combinación de la propiedad intelectual de Stratasys y el vasto conocimiento y el ADN de ingeniería y diseño de MakerBot... No hubiéramos podido sacar esta máquina con éxito sin ambas piezas".

El conjunto de características de Method es totalmente diferente y es más robusto que las máquinas de impresión 3D de escritorio que existen, afirma. Ese conjunto de características incluye extrusión doble de material de modelo sólido y PVA soluble, que es plástico soluble en agua, y un marco de metal mecanizado CNC, bahías de material de sellado seco y una cámara calentada circulante que crea un colchón de aire cálido esencial para crear un entorno controlado. . Cada capa que se agrega ve el mismo entorno.

Para ver las cosas en acción, mire este seminario web de integración sobre impresión 3D y mecanizado CNC [Fuente:MakerBot]

“Esto es algo que se ve en las impresoras 3D industriales que comienzan en decenas de miles de dólares y no se ve en el mundo de escritorio”, dice Veisz. Las impresoras 3D de escritorio utilizan una arquitectura para aficionados que no proporciona una precisión dimensional repetible, lo que las hace inadecuadas para muchas aplicaciones de fabricación con tolerancias estrictas.

Dado que el entorno de impresión en las impresoras 3D de escritorio no está tan controlado como en las impresoras 3D industriales, la precisión y el tiempo de actividad de la máquina también se ven afectados. En la mayoría de las impresoras 3D de escritorio, a medida que avanza en la dirección Z, la pieza queda expuesta a un entorno más frío, lo que hace que la capa se debilite y la pieza se deforme de forma diferente.

Con Method, MakerBot afirma dar tolerancias para la pieza terminada en más-menos 0,2 milímetros para los primeros 100 milímetros en los ejes X, Y y Z, y luego se escala en la misma proporción, 0,002 milímetros por milímetro para cualquier dimensiones superiores a 100 milímetros.

“Por lo tanto, no se trata de tolerancias de mecanizado CNC de precisión, pero ciertamente es lo suficientemente cercano para la mayoría de los trabajos de plantillas, accesorios, herramientas y prototipos”, dice Veisz. “Y está en línea con las tolerancias de moldeo por inyección de plástico de producción. No ve reclamos de precisión dimensional en la mayoría de las impresiones 3D de escritorio, y MakerBot no ha hecho reclamos sobre la precisión de las piezas terminadas en máquinas anteriores... Realmente no ve reclamos de precisión dimensional para las piezas [en la mayoría de las impresiones 3D de escritorio]... Es notable que esta es la primera impresora que lanzamos que realmente puede imprimir cualquier geometría debido al soporte soluble, y puede imprimirla con una precisión de pieza consistente debido a las características y controles de la máquina”.

¿Utiliza actualmente la impresión 3D para fabricar prototipos, plantillas y accesorios? Hable de ello en el foro . [es necesario registrarse]