Tipos de tecnología de impresión 3D

El término impresión 3D abarca varias tecnologías de fabricación que construyen piezas capa por capa. Cada uno varía en la forma en que forman piezas de plástico y metal y pueden diferir en la selección de materiales, el acabado de la superficie, la durabilidad y la velocidad y el costo de fabricación.

Hay varios tipos de impresión 3D, que incluyen:

• Estereolitografía (SLA)
• Sinterización selectiva por láser (SLS)
• Modelado de deposición fundida (FDM)
• Proceso de luz digital (DLP)
• Fusión multichorro (MJF)
• PolyJet
• Sinterizado directo de metal por láser (DMLS)
• Fusión por haz de electrones (EBM)

Seleccionar el proceso de impresión 3D adecuado para su aplicación requiere comprender las fortalezas y debilidades de cada proceso y asignar esos atributos a las necesidades de desarrollo de su producto. Analicemos primero cómo encaja la impresión 3D en el ciclo de desarrollo de productos y luego echemos un vistazo a los tipos comunes de tecnologías de impresión 3D y las ventajas de cada una.

Impresión 3D para creación rápida de prototipos y más

Es seguro decir que la impresión 3D se usa con mayor frecuencia para la creación de prototipos. Su capacidad para fabricar rápidamente una sola pieza permite a los desarrolladores de productos validar y compartir ideas de manera rentable. Determinar el propósito de su prototipo informará qué tecnología de impresión 3D será la más beneficiosa. La fabricación aditiva puede ser adecuada para una variedad de prototipos que van desde modelos físicos simples hasta piezas utilizadas para pruebas funcionales.

La tecnología SLA forma piezas de plástico mediante el curado de una resina termoestable líquida con un láser UV. A medida que se construyen las piezas, requieren estructuras de soporte que se eliminan una vez que se completa la construcción.

A pesar de que la impresión 3D es casi sinónimo de creación rápida de prototipos, hay escenarios en los que es un proceso de producción viable. Por lo general, estas aplicaciones involucran volúmenes bajos y geometrías complejas. A menudo, los componentes para aplicaciones aeroespaciales y médicas son candidatos ideales para la impresión 3D de producción, ya que con frecuencia cumplen los criterios descritos anteriormente.

Cinco consideraciones sobre la impresión 3D

Como la mayoría de las cosas en la vida, rara vez hay una respuesta simple al seleccionar un proceso de impresión 3D. Cuando ayudamos a los clientes a evaluar sus opciones de impresión 3D, normalmente señalamos cinco criterios clave para determinar qué tecnología satisfará sus necesidades:

1. Presupuesto
2. Requisitos mecánicos
3. Aspecto cosmético
4. Selección de materiales
5. Geometría

Una vez que se completa una construcción SLS, el técnico retira la pieza del lecho de polvo, cepilla el exceso de material y luego, el grano chorrea la pieza.

Procesos de impresión 3D de polímeros

Describamos algunos procesos comunes de impresión 3D de plástico y discutamos cuándo cada uno proporciona el mayor valor para los desarrolladores, ingenieros y diseñadores de productos.

Estereolitografía (SLA)

La estereolitografía (SLA) es el proceso de impresión 3D industrial original. Las impresoras SLA sobresalen en la producción de piezas con altos niveles de detalle, acabados superficiales suaves y tolerancias estrictas. Los acabados superficiales de calidad en las piezas SLA no solo se ven bien, sino que también pueden ayudar en la función de la pieza, por ejemplo, probando el ajuste de un ensamblaje. Es ampliamente utilizado en la industria médica y las aplicaciones comunes incluyen modelos anatómicos y microfluidos. Usamos impresoras 3D Vipers, ProJets e iPros fabricadas por 3D Systems para piezas SLA.

Sinterización selectiva por láser (SLS)

Sinterización selectiva por láser  (SLS) derrite polvos a base de nailon en plástico sólido. Dado que las piezas SLS están hechas de material termoplástico real, son duraderas, adecuadas para pruebas funcionales y pueden soportar bisagras vivas y cierres a presión. En comparación con SL, las piezas son más fuertes, pero tienen acabados superficiales más rugosos. SLS no requiere estructuras de soporte, por lo que toda la plataforma de construcción se puede utilizar para anidar varias piezas en una sola construcción, lo que la hace adecuada para cantidades de piezas superiores a otros procesos de impresión 3D. Muchas piezas SLS se utilizan para prototipos de diseños que algún día se moldearán por inyección. Para nuestras impresoras SLS, utilizamos máquinas sPro140 desarrolladas por 3D Systems.

PolyJet

PolyJet es otro proceso de impresión 3D de plástico, pero hay un giro. Puede fabricar piezas con múltiples propiedades, como colores y materiales. Los diseñadores pueden aprovechar la tecnología para crear prototipos de piezas elastoméricas o sobremoldeadas. Si su diseño es un solo plástico rígido, le recomendamos que se quede con SL o SLS, es más económico. Pero si está creando prototipos de un diseño de caucho de silicona o sobremoldeado, PolyJet puede evitarle la necesidad de invertir en herramientas al principio del ciclo de desarrollo. Esto puede ayudarlo a iterar y validar su diseño más rápido y ahorrarle dinero.

Procesamiento de luz digital (DLP)

El procesamiento de luz digital es similar a SLA en el sentido de que cura la resina líquida usando luz. La principal diferencia entre las dos tecnologías es que DLP usa una pantalla de proyector de luz digital, mientras que SLA usa un láser UV. Esto significa que las impresoras 3D DLP pueden generar imágenes de una capa completa de la construcción a la vez, lo que resulta en velocidades de construcción más rápidas. Si bien se usa con frecuencia para la creación rápida de prototipos, el mayor rendimiento de la impresión DLP la hace adecuada para tiradas de producción de bajo volumen de piezas de plástico.

Protolabs utiliza máquinas Mlab y M2 de Concept Laser para piezas metálicas impresas en 3D.

Fusión multichorro (MJF)

Al igual que SLS, Multi Jet Fusion también construye piezas funcionales a partir de polvo de nailon. En lugar de usar un láser para sinterizar el polvo, MJF usa una matriz de inyección de tinta para aplicar agentes de fusión al lecho de polvo de nailon. Luego, un elemento calefactor pasa sobre la cama para fusionar cada capa. Esto da como resultado propiedades mecánicas más consistentes en comparación con SLS, así como un acabado superficial mejorado. Otro beneficio del proceso MJF es el tiempo de construcción acelerado, lo que conduce a costos de producción más bajos.

Modelado por deposición fundida (FDM)

El modelado por deposición fundida (FDM) es una tecnología de impresión 3D de escritorio común para piezas de plástico. Una impresora FDM funciona mediante la extrusión de un filamento de plástico capa por capa en la plataforma de construcción. Es un método rentable y rápido para producir modelos físicos. Hay algunos casos en los que se puede usar FDM para pruebas funcionales, pero la tecnología es limitada debido a que las piezas tienen acabados superficiales relativamente rugosos y carecen de resistencia.

Procesos de impresión 3D en metal

Sinterización directa de metal por láser (DMLS)

La impresión 3D de metal abre nuevas posibilidades para el diseño de piezas metálicas. El proceso que utilizamos en Protolabs para imprimir piezas metálicas en 3D es la sinterización directa de metal por láser (DMLS). A menudo se usa para reducir ensamblajes de varias partes de metal en un solo componente o partes livianas con canales internos o características ahuecadas. DMLS es viable tanto para la creación de prototipos como para la producción, ya que las piezas son tan densas como las producidas con métodos tradicionales de fabricación de metales como el mecanizado o la fundición. La creación de componentes metálicos con geometrías complejas también lo hace adecuado para aplicaciones médicas en las que el diseño de una pieza debe imitar una estructura orgánica.

Fusión por haz de electrones (EBM)

La fusión por haz de electrones es otra tecnología de impresión 3D de metal que utiliza un haz de electrones controlado por bobinas electromagnéticas para derretir el polvo metálico. La cama de impresión se calienta y se encuentra en condiciones de vacío durante la construcción. La temperatura a la que se calienta el material está determinada por el material en uso.

Cuándo usar la impresión 3D

Como se indicó anteriormente, hay un par de denominadores comunes entre las aplicaciones de impresión 3D. Si sus cantidades de piezas son relativamente bajas, la impresión 3D puede ser óptima; la orientación que damos a nuestros clientes del servicio de impresión 3D suele ser de 1 a 50 piezas. A medida que los volúmenes comienzan a acercarse a los cientos, vale la pena explorar otros procesos de fabricación. Si su diseño presenta una geometría compleja que es crítica para la función de su pieza, como un componente de aluminio con un canal de enfriamiento interno, la impresión 3D podría ser su única opción.

Seleccionar el proceso correcto se reduce a alinear las ventajas y limitaciones de cada tecnología con los requisitos más importantes de su aplicación. En las primeras etapas, cuando se lanzan ideas y todo lo que necesita es un modelo para compartir con un colega, esos acabados superficiales escalonados de su parte no son motivo de gran preocupación. Pero una vez que llega al punto en el que necesita realizar pruebas de usuario, factores como los cosméticos y la durabilidad comienzan a ser importantes. Aunque no existe una solución única para todos, el uso adecuado de la tecnología de impresión 3D durante el desarrollo del producto reducirá el riesgo de diseño y, en última instancia, dará como resultado mejores productos.