Impresión 3D (Parte 1)

Primera parte:Materias primas

Si bien la fabricación aditiva, más comúnmente conocida como impresión 3D, ha existido durante casi 40 años, muchos todavía sienten 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, lo que la hace más viable que nunca para la creación de prototipos y pequeñas tiradas de producción. Estos avances han colocado la fabricación aditiva firmemente en el ojo público a medida que los fabricantes exploran las últimas innovaciones y cómo podrían acelerar los procesos de producción.

Se estima que el mercado de materiales de impresión 3D crecerá de 530,1 millones de dólares en 2016 a más de 1400 millones de dólares en 2021, según una investigación de MarketsandMarkets. Este crecimiento se puede atribuir en gran medida a una expansión en las opciones de materiales que se utilizan 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 que enfrenta 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. Sin embargo, a pesar del rápido crecimiento de la fabricación aditiva, la tecnología debe superar numerosos desafíos antes de que pueda convertirse en una alternativa viable a los métodos tradicionales de fabricación y mecanizado. Muchos de estos desafíos están directamente relacionados con las materias primas, incluidos:

• Coste de materia prima

La impresión 3D no se beneficia de las economías de escala que ofrecen otras tecnologías de fabricación. La fabricación aditiva sigue siendo relativamente lenta y se utiliza principalmente para prototipos o series de producción muy pequeñas, lo que significa que no hay grandes descuentos en materiales a granel.

• Gama de materiales limitada

Si bien los tipos de materiales disponibles para proyectos de impresión 3D se han expandido drásticamente durante la última década, la selección aún es bastante limitada. Actualmente, la elección del material está sujeta a las limitaciones de la tecnología de impresión 3D y a las limitaciones que plantea el diseño.

• Disponibilidad de materia prima

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

Estos problemas deben abordarse en un futuro próximo a medida que se produzca el crecimiento del mercado antes 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 estarán más disponibles.

Partes interesadas del mercado de materiales de impresión 3D

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

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

A medida que cada uno de estos participantes aporte nuevas innovaciones al mercado, la tecnología seguirá avanzando. La colaboración entre cada eslabón de la cadena de suministro permitirá a las partes interesadas dirigir la dirección de la tecnología y su crecimiento.

Tipos de materiales de impresión 3D

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

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

• Cerámica
  • Polvo de cerámica

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

• Otro
  • Lijar con ligante
  • Resinas fotosensibles

Fotopolímeros

Las resinas de fotopolímero representan la participación líder en el mercado mundial de materiales de fabricación aditiva y se espera que amplíen su participación de mercado en el futuro previsible. Los fotopolímeros son resinas líquidas que se utilizan en impresoras 3D Polyjet y Stereolithography y se endurecen y curan mediante un proceso de polimerización con la ayuda de rayos UV para formar piezas y prototipos de plástico. Los fotopolímeros generalmente contienen varios componentes principales, incluidos aglutinantes, monómeros y fotoiniciadores. Los fotoiniciadores son los componentes principales de un fotopolímero y transforman la energía luminosa en energía química. Los fotopolímeros se imprimen para crear partes de aplicaciones médicas, militares y electrónicas.

Polvos de plástico

Los polvos de plástico son otro tipo de material de impresión 3D que captura una importante cuota de mercado. Los polvos plásticos como poliamida, poliéter éter cetona (PEEK) y poliuretano termoplástico (TPU) se seleccionan con fines de reducción de peso en vehículos para aumentar la eficiencia del combustible y reducir las emisiones.

Los procesos primarios para imprimir piezas con polvos plásticos implican el modelado por deposición y la sinterización por láser, en general, tienen un tiempo de respuesta rápido y son relativamente rentables. Esto impulsa la demanda de polvos plásticos, particularmente para aplicaciones de prototipos.

Es probable que la poliamida siga siendo el material más utilizado para aplicaciones de creación de prototipos debido a sus precios razonables, fácil procesamiento y acabado superior. La poliamida es uno de los materiales de impresión 3D más populares utilizados por las empresas de impresión 3D profesionales.

El TPU es adecuado para la fabricación de piezas que exigen 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 retienen a altas temperaturas.; sin embargo, debido a su alto precio, PEEK tiene un uso limitado solo para las aplicaciones más exigentes.

Filamentos de plástico

Los filamentos de plástico son la materia prima termoplástica para las impresoras 3D de modelado por deposición fundida. Los filamentos de plástico ofrecen una resistencia excepcional a las piezas y son fáciles de moldear. Entre una amplia gama de opciones de materiales, el ABS y el PLA son, con mucho, los materiales de filamento más comunes. La resistencia al agua y la dureza son las características favorables del 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. Se puede derretir durante el proceso de cocción de la cáscara.

Metales

Los metales se utilizan normalmente para imprimir herramientas y prototipos. El acero es ampliamente adoptado en aplicaciones automotrices, industriales, de procesamiento de alimentos y médicas debido a su buena resistencia y durabilidad. El acero también es la alternativa más económica. Los aceros inoxidables como 316L y 17-4PH y la aleación de acero martensítico son materiales comunes dentro de esta categoría.

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

• Aleaciones de aluminio
• Aleaciones de cromo-cobalto
• Aleaciones a base de níquel
• Aleaciones de titanio

La evolución de la fabricación aditiva

Las previsiones del mercado pueden darnos una idea de lo que depara el futuro para la impresión 3D, pero la mejor manera de estar al tanto de las tendencias de fabricación aditiva es convertirse en una parte interesada en la tecnología. En Impro, ofrecemos una gama de servicios de fabricación, que incluyen fundición en arena, fundición de inversión y mecanizado de precisión, y estamos enfocados en establecernos como un actor entusiasta en la fabricación aditiva.

Para descubrir más sobre el futuro de la impresión 3D, permanezca 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 libro electrónico gratuito, "Impresión 3D frente a fabricación convencional", hoy mismo!