Domine la fabricación aditiva: 5 consejos de diseño esenciales

A medida que evoluciona la tecnología manufacturera, también debe hacerlo el conjunto de habilidades de diseño para fabricabilidad (DFM) de la industria. El panorama de fabricación aditiva ha avanzado dramáticamente en la última década: la impresión 3D se consideraba herramienta de prototipado o novedad, pero al alcanzar capacidades industriales, el diseño para fabricación aditiva (DFAM) se ha vuelto una capacidad muy codiciada entre ingenieros y desarrolladores de producto.

Dado el ritmo vertiginoso de cambio, si ha pasado años perfeccionando su experiencia DFM para tecnologías tradicionales, la perspectiva de aprender nuevas técnicas DFAM puede parecer abrumadora. Ese reto se complica además por las distintas tecnologías de impresión 3D: las técnicas DFAM óptimas para modelado por deposición fundida (FDM) pueden diferir de estereolitografía (SLA), Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS) o HP Multi Jet Fusion (HP MJF), implicando nuevas consideraciones significativas de coste, material y diseño.

Entender la tecnología de impresión 3D

Debe ser obvio que un proyecto de diseño debe desarrollarse entendiendo la tecnología que lo creará. La impresión 3D es un proceso aditivo: material se añade progresivamente, capa a capa, para formar la pieza final, a diferencia de procesos sustractivos como mecanizado CNC, donde material se elimina de un bloque con herramienta de corte.

Sin embargo, a pesar de sus diferencias con métodos tradicionales, la integración de fabricación aditiva con marcos de producción existentes no tiene por qué ser difícil. Con un poco de pensamiento creativo y disposición a cambiar la percepción, pivotar diseños para producción aditiva no será tan desafiante como imagina.

Si está listo para el cambio, aquí tiene cinco consejos de diseño para impresión 3D para empezar:

1. Prepárese para nuevos retos

La fabricación aditiva ha abierto posibilidades, permitiendo crear piezas antes "infabricables" con relativa rapidez y eficiencia. Pero DFAM también trae nuevos retos que diseñadores e ingenieros deben considerar al llevar piezas de lo digital a producción física. El volumen de construcción de impresoras 3D, por ejemplo, puede restringir el tamaño de ciertas piezas, requiriendo construirlas con múltiples impresiones. Mientras, tecnologías específicas tienen sus retos: FDM produce piezas con líneas de capa visibles que pueden no representarse en diseños digitales (y que pueden alisarse post-producción), y el proceso HP MJF requiere que las piezas pasen por enfriamiento y limpieza post-impresión, lo que puede alargar plazos.

DFAM es una frontera indudablemente emocionante, pero para sacar el máximo partido a su tecnología de impresión 3D, es importante diseñar en torno a estas consideraciones prácticas mientras desarrolla proyectos.

2. Ajuste estructuras de soporte

Para elementos con voladizos, las piezas pueden necesitar estructuras de soporte, que generan retos de diseño. La necesidad de soportes depende del ángulo del voladizo; recuerde que los soportes consumen material de impresión, añadiendo coste y tiempo extra.

Afortunadamente, puede reducir la necesidad de soportar voladizos —y ahorrar tiempo y dinero— con estrategias simples. Buena regla: minimice el ángulo de voladizos todo lo posible: inclinaciones ≥45° generalmente requieren soportes; <45° no. También puede anclar ciertas piezas haciendo el soporte requerido parte del diseño, o ajustando la orientación de la pieza en la plataforma. Finalmente, elija un método de impresión "amigable con soportes": procesos de lecho de polvo como HP MJF no requieren diseñar soportes porque el polvo en el que se fabrican es auto-soportante.

3. Reduzca la deformación (warping)

Al iniciar su viaje aditivo, es posible que los materiales disponibles y sus propiedades le resulten desconocidos.

En particular, los procesos de impresión 3D tienden a causar warp (especialmente en superficies grandes y planas). El warp puede ocurrir por variables de temperatura: en FDM, filamento se extruye a alta temperatura y luego se enfría. En SLA y DLS, las piezas pasan por horneado post-impresión. En HP MJF, el warp resulta del sinterizado, que ocurre en lecho de material calentado e implica enfriamiento post-impresión. Algunos procesos son más propensos al warp: esquinas de impresiones FDM pueden deformarse y despegarse de la cama por contracción térmica.

Puede abordarse el warp asegurando calibración correcta de impresoras, o asegurando adhesión adecuada de la pieza a la cama. El efecto también puede mitigarse en diseño reduciendo aristas agudas o elementos voladizos, o redondeando esquinas para distribuir tensión térmica uniformemente. Piezas largas o finas tienden más a warp; engrosarlas en diseño reduce el efecto. Trabajar con socios experimentados como Fast Radius ayuda a prevenir warp (cuando es posible) asegurando calibración correcta antes de imprimir.

4. Considere el espesor de pared

La tecnología de impresión 3D logra precisión impresionante y produce piezas con detalles muy finos, incluyendo piezas extremadamente finas. Pero, como en inyección, cuanto más fina una pieza impresa, más probable que ocurran errores durante la impresión: características demasiado finas corren riesgo de deformarse o desprenderse antes de que la resina enfríe. Asimismo, piezas extremadamente finas pueden exacerbar warp posterior al enfriarse. Incluso si una pieza fina supera la impresión, puede dañarse en limpieza, acabado o post-procesado.

Con esos factores en mente, debe diseñar sus piezas al espesor mínimo de pared recomendado para la tecnología de impresión 3D que use. Ingenieros de Fast Radius trabajarán con usted para determinar espesor adecuado y gestionar retos únicos de su diseño.

5. Explore oportunidades creativas

La impresión 3D brinda oportunidades para agilizar y optimizar producción de formas imposibles con otros métodos. Incluyen aligerar piezas sin comprometer resistencia eliminando material. Uno de los métodos más efectivos para aligerar piezas impresas es diseñar con celosías (lattices): estructuras de cruce que pueden teselarse en cualquier eje, usan menos material y reducen peso total.

Piense creativamente en oportunidades de optimización DFAM. La celosía, por ejemplo, aparece en estructuras naturales: panales, coral. El mundo natural es un vasto recurso para más ideas de optimización DFAM, ofreciendo espectro de inspiraciones de diseño potencialmente útiles. Más allá del peso, piezas pueden optimizarse para tenacidad, alongamiento a rotura, transferencia de calor —métricas con correlatos en propiedades estructurales del hueso humano, por ejemplo, y que pueden emularse (en grados variables) por impresión 3D.

El valor de la experiencia DFAM

Los avances tecnológicos cambian el panorama aditivo pero no han eliminado la importancia del aporte humano de ingeniería. Al transicionar a DFAM, incluso los mejores ingenieros se benefician de experiencia y pericia externa —o simplemente de una caja de resonancia externa— al diseñar para impresión 3D.

En resumen, aunque hay muchos recursos DFAM disponibles, la resolución de problemas en persona sigue siendo indispensable. Así que, ya sea que necesite ayuda optimizando diseños existentes o partiendo de cero, el equipo de ingeniería de Fast Radius está listo para ayudarle: contáctenos hoy para empezar.

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