Inyección de Aglutinante (Binder Jetting) Explicada: Guía Completa

¿Qué es la inyección de aglutinante (binder jetting)? En 1993, el Instituto de Tecnología de Massachusetts desarrolló esta forma de impresión 3D de inyección de tinta en lecho de polvo para imprimir piezas complejas de una variedad de materiales. Hoy, hay aplicaciones de inyección de aglutinante en varias industrias, y puede crear todo, desde piezas metálicas hasta núcleos de fundición en arena grandes hasta prototipos a color completo. La inyección de aglutinante es rápida y rentable, pero muchos equipos de producto no están familiarizados con este proceso de fabricación. Aquí tiene lo que necesita saber.

¿Qué es la inyección de aglutinante?

Mientras que muchos otros métodos de impresión 3D usan una sola boquilla o láser para crear piezas capa por capa, la inyección de aglutinante rocía aglutinante líquido sobre un lecho de polvo. De hecho, el proceso de impresión 3D por inyección de aglutinante es similar a cómo una impresora 2D añade tinta a papel. Se usa principalmente para imprimir metal, arenas y cerámicas y es conocida por su velocidad, asequibilidad y capacidad para imprimir piezas grandes.

Para comenzar el proceso de inyección de aglutinante, necesitará crear un modelo digital de su pieza, laminarlo (slicing) y enviarlo a su socio de fabricación. Luego lo ingresarán en la impresora de inyección de aglutinante. Entonces, una cuchilla o rodillo de recubrimiento extenderá una capa fina de polvo sobre la plataforma de construcción, y un carro con boletas de inyección de tinta pasará sobre el lecho de polvo, depositando gotas de agente aglutinante. Si está creando una pieza a color completo, la máquina también depositará tinta de color durante este paso.

La plataforma de construcción bajará entonces de acuerdo con el grosor de capa de su modelo. La mayoría de modelos a color completo tienen una altura de capa de 100 micras, la mayoría de piezas metálicas tienen una altura de capa de 50 micras, y la mayoría de materiales de molde de fundición en arena tienen una altura de capa entre 200 y 400 micras. Luego, la cuchilla o rodillo recubrirá la superficie, y el proceso se repetirá hasta que su pieza esté completa. Su ingeniero puede entonces curar su pieza para aumentar su resistencia, liberarla suavemente del polvo suelto en su lecho de polvo y limpiarla usando un cepillo o aire a presión.

Las piezas que acaban de crearse usando inyección de aglutinante están en estado verde y típicamente tienen alta porosidad y malas propiedades mecánicas. Como tal, su ingeniero podría añadir algunos pasos de post-procesado después de la impresión, que variarán dependiendo del material de su pieza. Por ejemplo, una pieza metálica podría necesitar sinterizarse con un metal de baja temperatura de fusión como bronce. Si tiene una pieza a color completo, su ingeniero podría infiltrarla con acrílico para mejorar su viveza. Si tiene un núcleo o molde de fundición en arena, no se requiere procesamiento adicional.

Materiales comunes de inyección de aglutinante

Los materiales de inyección de aglutinante caen en tres categorías —polvo, arena y metal.

Arenisca y polvo PMMA

Dado que las máquinas de impresión 3D por inyección de aglutinante a menudo tienen cabezales de impresión secundarios que añaden color mientras el cabezal primario añade el agente aglutinante, es fácil crear modelos a color completo usando polvos de arenisca o polimetil metacrilato (PMMA). Sin embargo, las piezas resultantes serán muy frágiles —incluso después del procesado— y se usan mejor como modelos no funcionales como mapas topográficos o figuritas.

Arena

La arena y arena de sílice son relativamente asequibles, así que son geniales para crear moldes y núcleos de un solo uso. No solo la inyección de aglutinante con arena le permitirá crear geometrías complejas que serían difíciles o imposibles de producir con métodos tradicionales, sino que también podrá lograr una precisión dimensional de ±0,3 mm. Además, note que:

• No necesitará post-procesado adicional.
• Los grosores de capa para núcleos y moldes de fundición en arena usualmente caen entre 200 y 400 μm.
• Los tamaños de construcción pueden ser tan grandes como 2200 x 1200 x 600 mm.

Metal

La inyección de aglutinante también es una opción popular para impresión 3D de metal. Es hasta 10 veces más económica que sinterizado láser selectivo (SLS) o fusión láser selectiva (SLM) y ofrece tamaños de construcción relativamente grandes de hasta 800 x 500 x 400 mm. La inyección de aglutinante también permite geometrías complejas, no requiere estructuras de soporte y tiene una precisión dimensional de ±0,2 mm.

La inyección de aglutinante es compatible con acero, titanio, cromita, cobre y más, pero necesitará post-procesar su pieza para mejorar su resistencia sin importar qué metal use. Opciones de post-procesado incluyen:

• Infiltración: La infiltración implica colocar una pieza curada en un horno caliente. Después de que el agente aglutinante se ha quemado, la densidad de la pieza se reducirá a alrededor del 60%. Su ingeniero puede entonces llenar los vacíos dejados atrás con bronce u otro metal de baja temperatura de fusión hasta que alcance al menos 90% de densidad. Las piezas infiltradas son relativamente fuertes y tienen buenas propiedades mecánicas, pero serán alrededor de 2% más pequeñas después de la infiltración.
• Sinterizado: Si quiere propiedades mecánicas aún mejores, puede sinterizar su pieza metálica. El sinterizado implica calentar una pieza en un horno para hornear sus aglutinantes y fusionar sus partículas metálicas. Las piezas sinterizadas tienen alta resistencia a la corrosión y 3% de porosidad, pero el inconveniente es que a menudo se encogen alrededor del 20% desde su tamaño inicial. Este encogimiento puede no ser uniforme, lo que puede causar inexactitudes post-impresión, incluso si su diseño ya contemplaba 20% de encogimiento.

Ventajas y desventajas de la inyección de aglutinante

Cuando elige inyección de aglutinante, puede:

• Lograr precisión dimensional relativamente alta: Dado que la inyección de aglutinante ocurre a temperatura ambiente, no necesita preocuparse por deformación y su pieza permanecerá altamente dimensionalmente precisa. Si está inyectando aglutinante con metal, tampoco necesita preocuparse por aliviar tensiones residuales durante el post-procesado secundario. Sin embargo, probablemente notará encogimiento después del sinterizado.
• Ahorrar dinero: Inyectar aglutinante en una pieza metálica es más de diez veces más económico que usar SLM o SLS. No solo es más asequible, sino que también usa menos energía porque usa un agente aglutinante líquido en lugar de un láser. Además, los polvos cerámicos y metálicos de inyección de aglutinante son usualmente más asequibles que polvos para SLS y SLM. Similarmente, puede producir un prototipo a color completo vía inyección de aglutinante por una fracción de lo que costaría normalmente producir uno vía SLS, SLM o inyección de material.
• Prescindir de estructuras de soporte: En inyección de aglutinante, el polvo no unido proporciona todo el soporte que su pieza necesita, eliminando la necesidad de estructuras de soporte y dándole más libertad de diseño. Esto también significa tiempos de post-procesado más cortos y menos consumo de material comparado con otras tecnologías de impresión 3D.
• Reducir desperdicio: 100% de polvo no usado puede reutilizarse para futuras impresiones, ayudándole a ahorrar material y dinero. En comparación, solo 50% de polvo usado por impresoras 3D SLS es reutilizable.
• Producir rápidamente una pieza grande o varias piezas pequeñas simultáneamente: Las máquinas de inyección de aglutinante tienen volúmenes de construcción de hasta 2200 x 1200 x 600 mm, lo que significa que puede producir piezas grandes o construir varias más pequeñas simultáneamente.

Sin embargo, hay algunas desventajas a considerar al usar inyección de aglutinante. Tenga en cuenta que:

• Las piezas metálicas de inyección de aglutinante tendrán propiedades mecánicas más bajas que sus contrapartes SLS debido a su mayor porosidad.
• La inyección de aglutinante ofrece una selección de materiales limitada comparada con otros procesos de impresión 3D.
• Las piezas son frágiles en su estado verde, lo que significa que solo puede imprimir detalles rugosos.
• La mayoría de piezas de inyección de aglutinante requieren post-procesado, lo que puede alargar significativamente los tiempos de producción e introducir inexactitudes.

Impresión 3D con Fast Radius

La inyección de aglutinante es una tecnología rápida y asequible que es genial para impresiones grandes y prototipos a color completo. ¿Es la inyección de aglutinante el mejor proceso para su próximo proyecto? Trabajar con un socio de fabricación experimentado puede ayudarle a tomar la decisión correcta.

En Fast Radius, nuestro equipo de profesionales tiene años de experiencia con las últimas tecnologías de impresión 3D. Podemos ayudar a optimizar su diseño para impresión 3D, seleccionar un material y método de impresión 3D que se adapte a sus necesidades, y más. Contáctenos hoy para comenzar.