Impresión 3D Explicada: Parte 1 – De Materias Primas a Innovaciones Modernas

Parte Uno: Materias Primas

Si bien la fabricación aditiva —más conocida como impresión 3D— existe desde hace casi 40 años, para muchos aún parece que la tecnología está en su infancia. La tecnología de impresión 3D ha evolucionado más en los últimos 10 años que en las tres décadas anteriores, haciéndola más viable para prototipado y producciones pequeñas que nunca. Estos avances han colocado a la fabricación aditiva firmemente en el ojo público mientras los fabricantes exploran las últimas innovaciones y cómo podrían acelerar los procesos de producción.

Se estima que el mercado de materiales para impresión 3D crecerá de $530.1 millones en 2016 a más de $1.4 mil millones para 2021, según investigaciones de MarketsandMarkets. Este crecimiento se atribuye en gran medida a una expansión en las opciones de materiales utilizados para imprimir objetos. Mientras que las impresoras 3D originalmente usaban una selección limitada de plásticos, las máquinas más nuevas pueden imprimir con una gama mucho más amplia de materiales.

 

Desafíos Enfrentados por el Mercado de Materiales de Impresión 3D

El material utilizado en la impresión 3D determina la eficiencia del proceso de impresión y la calidad del producto final. A pesar del rápido crecimiento de la fabricación aditiva, sin embargo, la tecnología debe superar numerosos desafíos antes de poder convertirse en una alternativa viable a los métodos tradicionales de fabricación y mecanizado. Muchos de estos desafíos están directamente relacionados con las materias primas, incluyendo:

• Costo de materia prima

La impresión 3D no se beneficia de las economías de escala proporcionadas por otras tecnologías de fabricación. La fabricación aditiva sigue siendo relativamente lenta y se utiliza principalmente para prototipos o producciones muy pequeñas, lo que significa que no hay descuentos por volumen de material.

• Gama limitada de materiales

Si bien los tipos de materiales disponibles para proyectos de impresión 3D se han expandido dramáticamente en la última década, la selección sigue siendo bastante limitada. Actualmente, la elección de materiales está sujeta a las limitaciones de la tecnología de impresión 3D y cualquier limitación que plantee el diseño.

• Disponibilidad de materia prima

Las materias primas de fabricación aditiva aún pueden ser difíciles de conseguir, especialmente cuando el diseño requiere sustancias más raras, como metales o cerámicas.

Estos problemas deberían abordarse en el futuro próximo a medida que ocurra el crecimiento del mercado mencionado. A medida que la impresión 3D se convierta en un método más común para los fabricantes, los precios de los materiales caerán exponencialmente, las opciones se expandirán y todos los tipos de materiales se volverán más fácilmente disponibles.

 

Actores del Mercado de Materiales de Impresión 3D

El crecimiento exitoso en la fabricación aditiva dependerá en gran medida de la colaboración entre los diversos contribuyentes a la cadena de suministro de materias primas. Los actores principales incluyen:

• Proveedores de materiales
• Fabricantes de impresoras
• Oficinas de servicios de impresión
• Usuarios finales

A medida que cada uno de estos participantes aporta nuevas innovaciones al mercado, la tecnología continuará avanzando. La colaboración entre cada eslabón de la cadena de suministro permitirá a los actores dirigir la dirección de la tecnología y su crecimiento.

 

Tipos de Materiales de Impresión 3D

Los materiales de impresión 3D generalmente vienen en filamentos, polvos o líquidos. Los tipos utilizados incluyen cuatro categorías principales:

• Plásticos
  • Fotopolímeros – epoxis e híbridos, acrilatos, poliamida, caucho nitrílico
  • Polvo plástico – PA, TPU, PEEK, PP, PS
  • Filamentos plásticos – ABS, PLA, PC y mezclas, Nylon, tereftalato de polietileno, poliuretano termoplástico

• Cerámicas
  • Polvo cerámico

• Metales
  • Aluminio y aleaciones
  • Acero inoxidable
  • Inconel, cobalto cromo, aleaciones de níquel
  • Titanio y aleaciones
  • Otros

• Otros
  • Arena con aglutinante
  • Resinas fotosensibles

 

Fotopolímeros

Las resinas fotopoliméricas representan la participación líder en el mercado global de materiales de fabricación aditiva y se espera que expandan su participación en el futuro previsible. Los fotopolímeros son resinas líquidas utilizadas en impresoras 3D Polyjet y Estereolitografía y endurecidas y curadas a través de un proceso de polimerización con la ayuda de rayos UV para formar piezas y prototipos plásticos. Los fotopolímeros generalmente contienen varios componentes principales incluyendo aglutinantes, monómeros e fotoiniciadores. Los fotoiniciadores son los componentes principales de un fotopolímero y transforman la energía lumínica en energía química. Los fotopolímeros se imprimen para crear piezas de aplicaciones médicas, militares y electrónicas.

 

Polvos Plásticos

Los polvos plásticos son otro tipo de material de impresión 3D que captura una participación significativa del mercado. Polvos plásticos como poliamida, poliéter éter cetona (PEEK) y poliuretano termoplástico (TPU) se seleccionan para propósitos de reducción de peso en vehículos para mejorar la eficiencia de combustible y reducir emisiones.

Los procesos principales para imprimir piezas con polvos plásticos involucran modelado por deposición y sinterizado láser en general tienen un tiempo de respuesta rápido y son relativamente rentables. Esto impulsa la demanda de polvos plásticos, particularmente para aplicaciones de prototipado.

La poliamida probablemente seguirá siendo el material más utilizado para aplicaciones de prototipado debido a sus precios razonables, fácil procesamiento y acabado superior. La poliamida es uno de los materiales de impresión 3D más populares utilizados por empresas profesionales de impresión 3D.

TPU es adecuado para fabricar piezas que demandan alta elasticidad, resistencia térmica y a la abrasión, y alta resistencia al corte. PEEK es un termoplástico semicristalino con excelentes propiedades de resistencia mecánica y química que se mantienen a altas temperaturas; sin embargo, debido a su alto precio, PEEK se limita en uso para las aplicaciones más exigentes únicamente.

 

Filamentos Plásticos

Los filamentos plásticos son la materia prima termoplástica para impresoras 3D de modelado por deposición fundida. Los filamentos plásticos ofrecen una resistencia excepcional a las piezas y son fáciles de moldear. Entre una amplia gama de opciones de materiales, ABS y PLA son con mucho los materiales de filamento más comunes. La resistencia al agua y la tenacidad son las características favorables de ABS que lo convierten en un material ideal para imprimir piezas funcionales. PLA es fácil de imprimir y biodegradable, una opción de material popular para imprimir piezas de consumo. Entre uno de los materiales más caros, la cera o Moldlay es un material para imprimir patrones de microfusión. Puede derretirse durante el proceso de horneado de la cubierta.

 

Metales

Los metales se utilizan típicamente para imprimir herramientas y piezas de prototipo. El acero se adopta ampliamente en aplicaciones automotrices, industriales, procesamiento de alimentos y médicas debido a su buena resistencia y durabilidad. El acero también es el más económico entre las alternativas. Aceros inoxidables como 316L y 17-4PH y aleación de acero maraging son materiales comunes dentro de esta categoría.

Otros metales para procesos 3D incluyen aluminio, materiales de alto valor no aceros como titanio, Inconel y otras aleaciones de alta resistencia. Los materiales más comunes en este segmento incluyen:

• Aleaciones de aluminio
• Aleaciones de cobalto-cromo
• Aleaciones basadas en níquel
• Aleaciones de titanio

 

La Evolución de la Fabricación Aditiva

Los pronósticos de mercado pueden darnos una idea de lo que depara el futuro para la impresión 3D, pero la mejor manera de mantenerse al día con las tendencias de fabricación aditiva es convertirse en un actor en la tecnología. En Impro, ofrecemos una gama de servicios de fabricación, incluyendo fundición en arena, microfusión y mecanizado de precisión, y estamos enfocados en establecernos como un jugador entusiasta en la fabricación aditiva.

Para descubrir más sobre el futuro de la Impresión 3D, manténgase atento a la Parte 2 de nuestra serie de tres partes sobre el tema, que se centrará en la tecnología en sí. ¡También puede descargar nuestro eBook gratuito— "Impresión 3D vs. Fabricación Convencional"— hoy!