Descubra las 7 técnicas centrales de manufactura aditiva

Manufactura Aditiva (AM), o impresión 3D, construye piezas mediante modelo 3D CAD añadiendo capas individuales de material y fusionándolas. AM surgió 1987 y crece steady, con saltos recientes. Al inventar/introducir nuevas técnicas, empresas tienden a crear términos marketing únicos para su proceso, aunque técnicas centrales son similares. Nombres diferentes para métodos similares confunden mercado. En este post, identificamos técnicas centrales y ventajas/desventajas.

Per estándares ISO/ASTM, AM divide técnicas para crear capas en 7 categorías, de las cuales las 4 primeras son aptas para metales.

1. Binder Jetting (Inyección de aglutinante)
2. Directed Energy Deposition (Deposición de energía dirigida)
3. Powder Bed Fusion (Fusión de lecho de polvo)
4. Sheet Lamination (Laminación de láminas)
5. Material Extrusion (Extrusión de material)
6. Material Jetting (Inyección de material)
7. Vat Photopolymerization (Fotopolimerización en cuba)

1. Binder Jetting

Único en AM: no usa calor en fusión de materiales. Líquido aglutinante depositado selectivamente une polvo para formar pieza 3D. Según tipo polvo, sistema, requisitos cliente, se selecciona aglutinante. Proceso: polvo extendido sobre plataforma con rodillo; cabezal deposita aglutinante donde especificado. Plataforma baja para siguiente capa, repite hasta completar. Polvo no unido se remueve.

Ventajas: piezas multicolor; gama materiales (metal, polímeros, cerámicas); proceso AM más rápido; sin warping/encogimiento; menos desperdicio reutilizando polvo; método dos materiales permite combinaciones aglutinante-polvo.

Desventajas: requieren post-procesado (tiempo significativo); baja resistencia, no siempre aptas estructurales; menos precisión que Material Jetting.

2. Directed Energy Deposition (DED)

Crea objetos 3D fundiendo y depositando materiales base polvo o hilo desde fuente energía térmica enfocada (láser, haz electrones, arco plasma). Puede hacer metal, cerámica, polímeros; principalmente para metal y manufactura híbrida con cama móvil para formas complejas. También llamado deposición láser metal (LMD), revestimiento láser 3D, fabricación luz directa. Principalmente para reparar/reconstruir piezas existentes añadiendo material donde needed.

Ventajas: piezas fuertes/densas; tasas construcción rápidas; reducción desperdicio material; gama selección material; materiales fácil cambio; aleaciones personalizadas; piezas near-net shape; capacidad piezas grandes.

Desventajas: capex sistemas alto; menor resolución → acabado superficial pobre, requiere procesado secundario; estructuras soporte no usables durante construcción.

3. Powder Bed Fusion (PBF)

4 categorías fuentes energía: láser, haz electrones, agente+energía, térmica. Fuente funde partículas polvo plástico/metal, solidifican/fusionan en patrón para objeto. Usa dos cámaras: construcción y polvo, y rodillo recubridor. Para crear: rodillo extiende polvo en cámara construcción depositando capa fina. Algunos procesos usan scraper/blade/rodillo nivelador tras rodillo para uniformar espesor. Fuente energía funde capa superior depositada. Escaneada/fusionada, plataforma baja incrementalmente, cámara polvo sube mismo, repite hasta objeto completo.

Ventajas: costo máquinas bajo; estructuras soporte mínimas/ningunas; variedad materiales; múltiples materiales usables; reciclaje polvo capaz.

Desventajas: impresión lenta/larga; post-procesado adicional; propiedades estructurales más débiles; variaciones calidad textura superficie; placa soporte build puede needed evitar warping; velocidad impresión determina si polvo reciclable; distorsión térmica (principalmente polímeros); máquinas usan mucha energía.

4. Sheet Lamination

AM construye objetos 3D apilando y laminando láminas finas mediante unión, soldadura ultrasónica, brasado. Para forma final: corte láser o mecanizado CNC. De todas AM, produce piezas con menor resolución aditiva/detalle pero bajo costo y tiempo fabricación rápido para prototipado rápido con materiales disponibles, bajo costo.

Categorizada en 7 tipos:

• Laminated Object Manufacturing (LOM)
• Selective Lamination Composite Object Manufacturing (SLCOM)
• Plastic Sheet Lamination (PSL)
• Computer-Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials (CAM-LEM)
• Selective Deposition Lamination (SDL)
• Composite Based Additive Manufacturing (CBAM)
• Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM)

Tipos difieren ligeramente, principio general mismo. Proceso: lámina fina alimentada desde rodillo o colocada en plataforma. Siguiente capa puede o no unirse a anterior, según proceso. Capas hasta altura total. Remoción bloque impresión y bordes no deseados completa objeto.

Ventajas: costo relativamente bajo; área trabajo grande; impresión full-color; integra como sistemas híbridos; manejo material fácil; capacidad capas multi-material; sin estructuras soporte; en algunos tipos estado material inmutable; tiempo impresión rápido pero requiere post-procesado.

Desventajas: altura capa no cambie sin cambiar espesor lámina; acabados varían según material y pueden requerir post-procesado; opciones material limitadas; remoción exceso material tras laminado difícil/lento; puede generar más desperdicio vs otros AM; piezas huecas desafiantes en algunos tipos; fuerza unión depende técnica laminado.

5. Material Extrusion

Proceso AM más popular por disponibilidad consumo general y calidad. Usa filamento continuo termoplástico/compuesto para construir piezas 3D. Material (filamento plástico) alimentado por boquilla extrusora, calentado y depositado en plataforma capa a capa.

Ventajas: amplia selección material; técnica impresión entendible; cambio material user-friendly; costos iniciales/operativos bajos; tiempo impresión rápido piezas pequeñas/finas; tolerancia ±0.1 mm (±0.005"); sin supervisión; equipo pequeño; proceso baja temperatura.

Desventajas: líneas capa visibles; cabeza extrusión movimiento continuo o material bumps; soportes pueden needed; resistencia débil eje Z; tiempo impresión aumenta con resolución fina/áreas anchas; susceptible warping/fluctuaciones temp; materiales tóxicos impresión.

6. Material Jetting

Proceso donde gotas materiales tipo cera depositadas selectivamente en plataforma. Material enfría/solidifica, permitiendo capas encima. Tras construcción, soportes removidos mecánicamente o fundidos.

Ventajas: precisión y acabados sobresalientes; piezas buenas para patrones fundición.

Desventajas: número limitado materiales tipo cera; piezas frágiles por material cera; proceso construcción lento.

7. Vat Photopolymerization

Proceso cura resina fotopolímero líquida en cuba capa a capa, volviéndola plástico duro usando láser UV. 3 tipos comunes: Estereolitografía, Procesamiento Luz Digital (DLP), Procesamiento Luz Digital Continuo (CDLP).

Ventajas: alta precisión y buen acabado; proceso relativamente rápido; áreas construcción grandes.

Desventajas: relativamente caro; post-procesado largo y remoción resina; limitado a foto-resinas; aún afectado por luz UV tras impresión; puede necesitar soportes y post-curado para piezas estructurales fuertes.

Conclusión

Al volverse máquinas AM más asequibles para talleres, flexibilidad en diseño y propiedades materiales lleva a amplia gama aplicaciones prácticas. Aeroespacial, automotriz, médica ven beneficios. Prototipado rápido, baja volumen, reparar piezas son razones del crecimiento.