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Impresión 3D

La manufactura aditiva (AM, por sus siglas en inglés), conocida comúnmente como impresión 3D, es actualmente una de las tecnologías más populares y, sin duda, la más disruptiva de los últimos años. Esta tecnología está definiendo y seguirá definiendo el desarrollo de todos los tipos de industria durante al menos las siguientes décadas. El principio de AM consiste en la fabricación “capa a capa”. Esta es una forma de producir elementos que, partiendo de un archivo o modelo 3D y dividiéndolo en “rebanadas”, es capaz de conformar un elemento entero a partir de la fabricación progresiva de cada una de las capas que forman su geometría, utilizando la cantidad precisa de material necesario para cada una de las capas.

La manufactura capa por capa es un concepto muy básico que puede ser implementado con diferentes características y resultados gracias a diferentes enfoques tecnológicos. Por eso, cuando se habla de “manufactura aditiva”, no se hace referencia a una sola tecnología. En realidad, se hace referencia a un grupo de tecnologías significativamente diferentes. Al conjunto de estas tecnologías se le denomina manufactura aditiva.

Actualmente, nuestro servicio de impresión se basa en la utilización de la tecnología de manufactura aditiva de modelado por deposición fundida. Esta tecnología tiene la mayor popularidad, principalmente en el ámbito comercial, aunque también cuenta con gran popularidad en el ámbito industrial.

MATERIALES PARA IMPRESIÓN POR FDM

Elegir el material adecuado para imprimir un modelo 3D es cada vez más difícil, ya que el mercado de la manufactura aditiva ve cada vez más, la aparición de materiales radicalmente nuevos. En modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés), el material PLA y ABS han sido históricamente los dos principales termoplásticos utilizados. El dominio inicial de estos dos materiales fue principalmente fortuito, por lo que no que no debería haber ningún obstáculo para que otros termoplásticos jueguen un papel clave en el futuro de FDM. Ahora, es común ver que nuevos materiales se están volviendo más populares, tanto los termoplásticos puros como los compuestos.

Los materiales disponibles que puede seleccionar para imprimir su modelo 3D son PLA, PLA reforzado con fibra de carbono, ABS, aleación de policarbonato y ABS, Moldlay, poliuretano termoplástico, nylon reforzado con fibra de carbono, PETG. Trabajamos constantemente para incluir nuevos materiales que permitan ofrecer nuevas características y propiedades para sus piezas impresas en 3D, por lo que muy pronto podrá observar la incorporación de nuevos materiales a nuestro catálogo.

Según la reciente estandarización de la manufactura aditiva (AM, por sus siglas en inglés) por parte de la ASTM y la ISO, las diferentes tecnologías de AM se agrupan en siete categorías.

Tecnología de manufactura aditiva
Descripción
Materiales típicos y aplicaciones comunes

Extrusión de material

Variantes:

  • Fabricación por filamento fundido (FFF, por sus siglas en inglés)
  • Modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés)

Las capas se forman mediante la fusión y extrusión de un termoplástico a través de una boquilla

Materiales típicos:

Termoplásticos

Aplicaciones comunes:

Modelos ilustrativos y modelos funcionales (la funcionalidad depende de la aplicación)

Fusión de lecho de polvo

Variantes:

  • Sinterización selectiva por láser (SLS, por sus siglas en inglés)
  • Sinterización directa de metal por láser (DMLS, por sus siglas en inglés)
  • Fusión por rayo de electrones (EBM, por sus siglas en inglés)

Una capa fina de material es depositada y sinterizada o fundida selectivamente por la acción de una fuente de calor

Materiales típicos:

Plásticos y metales

Aplicaciones comunes:

Modelos funcionales y/o piezas finales

Deposición directa de energía

Variantes:

  • Deposición de metal por láser (LMD, por sus siglas en inglés)
  • Deposición directa de metal (DMD, por sus siglas en inglés)

Muy similar a un proceso de soldadura, en el que una boquilla montada sobre un cabezal deposita el material y proporciona una fuente de calor para formar cada capa

Materiales típicos:

Metales

Aplicaciones comunes:

Modelos funcionales y/o piezas finales

Fotopolimerización

Variantes:

  • Sistema de estereolitografía (SLA, por sus siglas en inglés)
  • Procesamiento digital por luz (DLP, por sus siglas en inglés)

Utiliza resinas de polímero fotosensible que pueden ser curadas selectivamente por la acción de una luz ultravioleta

Materiales típicos:

Resinas

Aplicaciones comunes:

Modelos ilustrativos y modelos funcionales (la funcionalidad depende de la aplicación)

Inyección de material

Variantes:

  • Impresión de curvatura suave (SCP, por sus siglas en inglés)
  • Multi-Jet Modelling (MJM)

Con un proceso similar al utilizado en la impresión de tinta, se utiliza un cabezal que deposita material fluido gota a gota sobre una superficie que compone cada capa

Materiales típicos:

Resinas, metales y ceras

Aplicaciones comunes:

Modelos ilustrativos y modelos funcionales (la funcionalidad depende de la aplicación)

Laminación de hojas

Variantes:

  • Laminación por deposición selectiva (SDL, por sus siglas en inglés)
  • Manufactura aditiva ultrasónica (UAM, por sus siglas en inglés)

Una lámina de material, almacenada en un rollo, es apilada sobre una superficie lisa (primera capa) o sobre la capa anterior, y luego cortada a la forma deseada

Materiales típicos:

Papel y algunos materiales compuestos

Aplicaciones comunes:

Modelos ilustrativos, modelos funcionales y piezas finales

Inyección por aglutinante

Se deposita una fina capa de material en polvo y se aglutina selectivamente por la acción de un cabezal de impresión.

Materiales típicos:

Plásticos en polvo, metales, cerámicos, arena y vidrio

Aplicaciones comunes:

Modelos ilustrativos

En esta tecnología de manufactura aditiva, también conocida como FDM por sus siglas en inglés, un filamento de material termoplástico se funde y extruye a través de una boquilla. La boquilla deposita el material sobre una plataforma de construcción, enfriándose y solidificándose instantáneamente. Las capas existentes actúan como base para el material que está siendo extruido y de esta manera, la pieza se va construyendo de abajo hacia arriba, capa por capa.

A pesar que esta tecnología fue desarrollada principalmente para fundir y extruir materiales termoplásticos, su principio de funcionamiento la convierte en una tecnología apta para la fundición de otro tipo de materiales. La característica que deben presentar este otro tipo de materiales es la capacidad de ser fundidos y extruidos de forma fluida y posteriormente solidificados por convección natural al aire. Es por ello que en la actualidad esta tecnología se esta incorporando en la impresión 3D de materiales como el hormigón, los alimentos y polímeros biocompatibles.

Ventajas:

  • Actualmente es la tecnología AM más simple, accesible y económica
  • Materias primas de costo relativamente bajo
  • Disponibilidad de una amplia gama de termoplásticos, incluso poliamidas y poliamidas reforzadas con fibras
  • Adecuado para todos los niveles de necesidades de modelado y prototipos
  • Adecuado para algunas piezas funcionales, especialmente para piezas que no se someten a grandes esfuerzos mecánicos

Desventajas:

  • Baja cohesión entre capas, lo que resulta en poca resistencia a los esfuerzos de tensión que actúan paralelamente al plano de la capa
  • El espesor de la capa resulta en un acabado superficial y tolerancias deficientes
  • Puede ser necesario utilizar estructuras de soporte para evitar que ciertas capas recién fundidas y extruidas se caigan durante el proceso de enfriamiento.

Una de las principales aplicaciones de FDM es la creación de prototipos rápidos y de bajo costo para realizar el análisis de verificación y validación de la pieza. En general, el campo de aplicación de esta tecnología es muy amplio, ya que permite fabricar básicamente piezas de todo tipo de geometrías y dimensiones y para todo tipo de aplicaciones.

El proceso de impresión de un modelo 3D mediante el proceso de modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés) consiste básicamente de cinco pasos. Los pasos del proceso de impresión son:

  1. El proceso comienza con un archivo 3D que puede provenir de cualquier aplicación CAD 3D. Es necesario que convierta el archivo 3D a un formato 3D “estándar”, como el formato STL, que es actualmente el formato más común para aplicaciones de impresión 3D.
  2. El modelo podría presentar imperfecciones o características que impidan su impresión y que requieran un proceso de reparación para asegurar un buen resultado de impresión. Es fundamental que se asegure que el modelo no cuente con geometrías con alto riesgo de caída cuando se imprima en 3D, que no cuente con vértices abiertos, errores derivados del proceso de conversión de un formato 3D a otro formato 3D o cualquier otro problema. Si encuentra alguno de estos problemas o cualquier otro, el proceso puede requerir un rediseño parcial o incluso total del modelo para asegurar una impresión exitosa.
  3. Una vez que se ha asegurado que el modelo puede imprimirse exitosamente, se aplica un proceso de “rebanado” al archivo 3D. Este proceso es el paso más crucial del proceso de manufactura aditiva, ya que es esta división en capas la que permite que se imprima capa por capa el modelo 3D.
  4. Luego del proceso de división del modelo 3D en capas, el modelo está listo para ser enviado a la máquina de manufactura aditiva. Dependiendo de las especificaciones que solicite, se pueden seleccionar varios parámetros en la máquina, por ejemplo, la cantidad de perímetros, la cantidad de capas inferiores y superiores, la geometría de la estructura interna de la impresión, entre otras. Una vez seleccionados todos los parámetros, se procede a iniciar la impresión del modelo 3D. El tiempo de impresión dependerá del material seleccionado, de los parámetros de impresión seleccionados, de la cantidad de piezas a imprimir y de la complejidad de la geometría.
  5. Una vez impreso el modelo 3D, si lo solicita, se puede realizar una fase de post procesamiento. La impresión FDM, se caracteriza por ser la tecnología más adecuada para la creación de prototipos rápidos y de bajo costo. A pesar de esto, en ocasiones es necesario realizar una fase de post procesamiento para lograr superficies lisas y/o añadir fuerza a las piezas impresas, aunque el costo se incremente considerablemente.

Por lo tanto, el primer paso necesario para iniciar el proceso de impresión de su modelo 3D es que proporcione el archivo 3D en formato 3D estándar. De preferencia, el archivo 3D debe estar en formato STL.

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