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Innovación y Tecnología

Fabricación Aditiva

fabricacion-aditiva

Con la necesidad de abordar nuevos retos y deafíos mundiales y objetivos posteriores. La Unión Europea ha decidido que la fabricación en general, y la fabricación aditiva en particular, sean una de las herramientas clave para el crecimiento y la creación de valor entre nuestros puestos de trabajo y capacidad de desarrollo. Este apoyo permitirá ofrecer nuevos productos de alto valor, así como servicios competitivos, gracias a la investigación y la innovación.

Tipos de Fabricación Aditiva

¬ŅQu√© es la fabricaci√≥n Aditiva?

La fabricaci√≥n aditiva se refiere a una clase de proceso de fabricaci√≥n, en los que una pieza se construye a√Īadiendo capas de material unas sobre otras. Estos procesos son inherentemente diferentes de los procesos sustractivos o de consolidaci√≥n.

Los procesos sustractivos, como fresado, torneado o taladrado, utilizan movimientos de herramientas cuidadosamente planificados para cortar material de una pieza de trabajo y formar la pieza deseada.

Los procesos de consolidaci√≥n, como la fundici√≥n o el moldeado, utilizan herramientas dise√Īadas a medida para solidificar el material en la forma deseada.

Los procesos aditivos, por otro lado, no requieren herramientas personalizadas o movimientos de herramientas planificados. En cambio, la pieza se construye directamente a partir de un modelo digital en 3D creado a trav√©s del software de dise√Īo asistido por computadora (CAD). El modelo CAD 3-D se convierte en muchas capas delgadas y el equipo de fabricaci√≥n utiliza estos datos geom√©tricos para construir cada capa secuencialmente hasta que se completa la pieza. Debido a este enfoque, la fabricaci√≥n aditiva a menudo se denomina fabricaci√≥n en capas, fabricaci√≥n digital directa o fabricaci√≥n s√≥lida de forma libre.

fabricación 3D
Fabricación aditiva por capas

El t√©rmino m√°s com√ļn para la fabricaci√≥n aditiva es la creaci√≥n r√°pida de prototipos. El t√©rmino ¬ęr√°pido¬Ľ se utiliza porque los procesos aditivos se realizan mucho m√°s r√°pido que los procesos de fabricaci√≥n convencionales.

La fabricaci√≥n de una sola pieza puede llevar solo un par de horas, o puede llevar unos d√≠as, seg√ļn el tama√Īo de la pieza y el proceso. Sin embargo, los procesos que requieren herramientas personalizadas, como un molde, para ser dise√Īados y construidos pueden requerir varias semanas. Los procesos sustractivos, como el mecanizado, pueden ofrecer tiempos de producci√≥n m√°s comparables, pero esos tiempos pueden aumentar sustancialmente para piezas muy complejas.

El t√©rmino ¬ęcreaci√≥n de prototipos¬Ľ se utiliza porque estos procesos aditivos se utilizaron inicialmente √ļnicamente para fabricar prototipos. Sin embargo, con la mejora de las tecnolog√≠as aditivas, estos procesos se est√°n volviendo cada vez m√°s capaces de fabricar grandes vol√ļmenes de producci√≥n.

Tecnologías de Fabricación Aditiva

Las tecnologías que se pueden utilizar para construir una pieza capa a capa son bastante variadas y están en diferentes etapas de desarrollo. Para adaptarse a diferentes materiales, así como mejorar los tiempos de construcción o la resistencia de las piezas, han surgido numerosas tecnologías.

Algunas tecnologías son métodos disponibles comercialmente para fabricar prototipos, otras se están convirtiendo rápidamente en formas viables de fabricación y se desarrollan continuamente nuevas tecnologías.

Estos diferentes m√©todos de fabricaci√≥n aditiva pueden clasificarse seg√ļn el tipo de material que se emplea, entre otros. Por eso vamos a diferenciarlos en los siguientes tipos.

Tipos de fabricación aditiva

1. Basados en líquidos

Estas tecnologías de aditivos suelen utilizar resinas poliméricas fotoendurecibles y curar partes seleccionadas de la resina para formar la capa de cada parte.

El proceso de aditivos de base l√≠quida m√°s com√ļn es la estereolitograf√≠a (SLA), que fue el primer proceso de aditivos disponible comercialmente. Las piezas producidas con esta tecnolog√≠a ofrecen alta precisi√≥n y una apariencia similar a las piezas moldeadas. Sin embargo, los pol√≠meros fotocurables ofrecen propiedades mec√°nicas algo deficientes que pueden empeorar con el tiempo.

Otros procesos basados en líquidos incluyen el fotopolímero inyectado y la impresión por inyección de tinta, que pueden usar un solo chorro o varios chorros.

dlp impresion 3d
Impresión 3D en DLP. Fuente: Aquí

2. Basados en polvo

En los procesos basados en polvo, como la sinterización selectiva por láser (SLS), una parte seleccionada del material en polvo se funde o sinteriza para formar la capa de cada pieza. El uso de material en polvo permite fabricar piezas con polímeros, metales o cerámica. Además, las propiedades mecánicas de estas piezas son mejores y más estables que una pieza de polímero fotocurado.

Otros procesos basados en polvo incluyen la sinterización directa por láser de metales (DMLS) y la impresión tridimensional (3DP).

impresión 3D sinterizado
Impresión 3D en polvo. Fuente: Aquí

3. Basados en solido

Los procesos basados en sólidos utilizan una variedad de materiales sólidos, no polvos, y cada proceso difiere en la forma en que construye las capas de una pieza. La mayoría de los procesos basados en sólidos utilizan métodos de extrusión de filamento fundido, pero también existen procesos que combinan fibras de vidrio o carbono de refuerzo o incluso polvo metálico aglutinado en barras.

Otros procesos de base sólida utilizan hebras continuas de fibra o incluso proyecciones a través de un sistema de soplado.

FDM impresión 3D
Impresión 3D por FDM. Fuente: Propia

¬ŅQu√© son las impresoras 3D?

La impresi√≥n 3D es un proceso por el cual un modelo digital se convierte en un objeto tangible, s√≥lido y tridimensional, generalmente colocando muchas capas sucesivas y delgadas de un material. Las impresoras 3D utilizan el dise√Īo asistido por ordenador (CAD) para crear objetos tridimensionales a partir de una variedad de materiales, como pl√°stico fundido o polvos. El proceso de fabricaci√≥n consiste b√°sicamente en apilar capas sobre capas hasta crear el objeto volum√©trico, pero para que se entienda mejor, lean el apartado de ¬Ņc√≥mo funciona una impresora?.

Una de las características que permite esta tecnología es la flexibilidad con lo que se puede imprimir. Se pueden utilizar plásticos para imprimir materiales rígidos, como soportes para utillajes. Pero también se pueden crear objetos flexibles, como tapones o fundas de móviles, utilizando un polvo híbrido de caucho / plástico. Algunas impresoras 3D incluso tienen la capacidad de imprimir con fibra de vidrio o de carbono, en fibra continua y polvos metálicos para productos industriales extremadamente fuertes.

¬ŅC√≥mo funciona una impresora 3D?

La impresión 3D es parte de la familia de fabricación aditiva y utiliza métodos similares a los de una impresora de inyección de tinta tradicional, aunque en 3D. Se necesita una combinación de software de primera línea, materiales acordes a la tecnología utilizada y herramientas de precisión para crear un objeto tridimensional desde cero. A continuación, se muestran algunos de los pasos principales que toman las impresoras 3D para dar vida a sus ideas.

fabricación aditiva de plástico
Fabricación Aditiva en ABS por impresión 3D

1. Software de modelado 3D

En primer lugar, se debe realizar modelo en 3D. Para dise√Īar este modelo que luego se va a fabricar existen dos modos, uno por dise√Īo a partir de sofware 3D o tambi√©n se puede hacer un dise√Īo virtual a partir de un esc√°ner 3D. De cualquier manera, la ventaja que tiene este m√©todo de fabricaci√≥n es que no requiere de dise√Īos o formas pensadas para la fabricaci√≥n tradicional, sino que puedes dise√Īar detalles y formas que para la fabricaci√≥n tradicional o de sustracci√≥n ser√≠an inviables. El modelado permite a los impresores personalizar su producto hasta el m√°s m√≠nimo detalle.

modelado 3D para impresion
Propiedad de : MediACE3D

Estos software de modelado 3D permiten dise√Īos de precisi√≥n y esta es la raz√≥n por la que la impresi√≥n 3D est√° siendo venerada como un verdadero cambio en las reglas del juego para muchas industrias. El software de modelado es especialmente importante para la industria, como por ejemplo la odontolog√≠a, en la que los laboratorios utilizan software tridimensional para dise√Īar alineadores dentales que se adaptan con precisi√≥n al individuo. Tambi√©n es vital para la industria automovil√≠stica, ferroviaria o espacial, donde utilizan el software para dise√Īar algunas de las partes m√°s complejas de un coche, u tren o un cohete.

2. Slicer 3D

Una vez que se crea un modelo virtual en 3D, es hora de ¬ęrebanarlo¬Ľ. Dado que las impresoras 3D leen lenguaje m√°quina o comandos de actuaci√≥n, es decir, no pueden entender formatos en tres dimensiones, como los humanos. Se hace necesario rebanar el modelo en capas para traducirlas a coordenadas y comandos que la impresora pueda interpretar y ejecutar las √≥rdenes para fabricar el producto final.

Slicer 3D
Slicer 3D. Fuente: Aquí

El software de corte toma escaneos de cada capa de un modelo y le indicar√° a la impresora c√≥mo moverse para recrear esa capa. Los rebanadores tambi√©n le dicen a las impresoras 3D d√≥nde y como ¬ęllenar¬Ľ un modelo. En funci√≥n de este relleno el objeto impreso en 3D adquiere mayor regudez o resistencia. Para ello, se puede optar por celos√≠as en tri√°ngulos, cuadrados o panal de abeja. Estas estructuras quedan internas y ayudan a dar forma y resistencia mec√°nica al objeto. Una vez que se corta el modelo, se env√≠a a la impresora 3D para el proceso de impresi√≥n real.

3. Proceso de Impresión

Una vez se completa el modelado y el rebanado de un objeto 3D, la impresora 3D fabrica la pieza final y tangible. Generalmente act√ļa de la misma manera que una impresora de inyecci√≥n de tinta tradicional, donde una boquilla se mueve hacia adelante y hacia atr√°s mientras (eje X, Y) dispensa una cera o un pol√≠mero similar al pl√°stico capa por capa, esperando a que esa capa se seque, para luego agregar el siguiente nivel o capa. B√°sicamente, repite cientos o miles de impresiones 2D una encima de la otra para crear un objeto tridimensional.

Tipos de Impresión 3D

Existen diferentes tipos de impresi√≥n 3D dependiendo del tama√Īo, del detalle y de los requisitos de un proyecto. En este caso las vamos a explicar los distintos tipos de tecnolog√≠a existente pero agrup√°ndolos entre tenolog√≠as de impresi√≥n de pl√°sticos y de metales:

Tecnologías de impresión 3D en plástico

El modelado por deposici√≥n fundida (FDM) es probablemente la forma de impresi√≥n 3D m√°s utilizada. Es incre√≠blemente √ļtil para fabricar prototipos y modelos con pl√°stico.

La tecnología de estereolitografía (SLA) es un tipo de impresión de prototipos rápidos que es más adecuado para imprimir con grandes detalles. La impresora utiliza un láser ultravioleta para crear los objetos en unas horas.

El procesamiento de luz digital (DLP) es una de las formas más antiguas de impresión 3D. DLP utiliza lámparas para producir impresiones a velocidades más altas que la impresión SLA porque las capas se secan en pocos segundos.

Sinterizado selectivo por láser (SLS) es otra tecnología importante de impresión 3D de plástico que, a diferencia de las demás, no requiere soportes, lo que ahorra tiempo y dinero. Implica calentar polvos de plástico para crear un objeto sólido dentro del tanque de construcción.

Tecnologías de impresión 3D en metal

Sinterizado directo por láser de metales (DMLS). Iniciado por la empresa de fabricación de impresoras 3D, EOS. Se podría decir que EOS junto con otras empresas como 3D Systems y Stratasys, dominan el mercado. DMLS no es diferente de SLS, pero implica sinterizar polvo metálico para crear una pieza metálica sólida.

Fusión por haz de electrones (EBM) es una tecnología de impresión 3D de metal más especializada. Pero que todavía utilizan las empresas de fabricación de impresión 3D. Arcam, por ejemplo, venden impresoras 3D EBM. La diferencia entre EBM y DMLS es que mientras que DMLS usa un láser, EBM usa un haz de electrones en el proceso de impresión.

Binder Jetting, es otra tecnolog√≠a de impresi√≥n 3D de metal m√°s especializada pero que todav√≠a se utiliza, de hecho ha disfrutado de una creciente popularidad en los √ļltimos tiempos. Esto puede deberse a que se puede utilizar no solo para imprimir piezas met√°licas, sino tambi√©n piezas de piedra arenisca.

Nuevas tecnologías de impresión 3d

MultiJet Fusion. A pesar de haber ingresado recientemente a la industria de fabricación de impresión 3D, HP ya ha desarrollado sus propias formas de impresión 3D para la fabricación. MultiJet Fusion permite fabricar piezas grandes a todo color a altas velocidades.

Carbon 3D son líderes en aplicaciones de fabricación de impresión 3D extremadamente rápidas, con su tecnología CLIP capaz de imprimir exponencialmente más rápido que las tecnologías anteriores.

¬ŅPor qu√© las impresoras 3D son importantes para el futuro?

Como se ha explicado anteriormente, las impresoras 3D son increíblemente flexibles; no solo en los materiales que utilizan, sino también en lo que pueden imprimir. Además, son increíblemente precisas y rápidas, lo que las convierte en una herramienta prometedora para el futuro de la fabricación. Hoy en día, se utilizan muchas impresoras 3D para lo que se denomina creación rápida de prototipos. Empresas de todo el mundo ahora emplean impresoras 3D para crear sus prototipos en cuestión de horas, en lugar de perder meses de tiempo y potencialmente millones de dólares en investigación y desarrollo. De hecho, algunas empresas afirman que las impresoras 3D hacen que el proceso de creación de prototipos sea 10 veces más rápido y cinco veces más barato que los procesos normales de I + D.

fabricación por capas
Impresión 3D láser por capas

Las impresoras 3D pueden desempe√Īar un papel en pr√°cticamente todas las industrias. No solo se utilizan para la creaci√≥n de prototipos. Muchas impresoras 3D tienen la tarea de imprimir productos terminados. En el sector sanitario, las impresoras 3D se utilizan para crear piezas previas a una operaci√≥n, de esta manera pueden estudiar la parte del cuerpo previamente a la intervenci√≥n. La industria de la construcci√≥n est√° utilizando este m√©todo de impresi√≥n futurista para imprimir casas completas. Las escuelas de todo el mundo est√°n utilizando impresoras 3D para llevar el aprendizaje pr√°ctico al aula imprimiendo huesos de dinosaurios tridimensionales y piezas rob√≥ticas. La flexibilidad y adaptabilidad de la tecnolog√≠a de impresi√≥n 3D la convierte en un cambio instant√°neo para cualquier industria.

¬ŅCuanto cuesta una impresora 3D?

Las impresoras 3D var√≠an en costo seg√ļn el tama√Īo, la especialidad y el uso. Las impresoras 3D m√°s baratas cuestan alrededor de 200 ‚ā¨, mientras que algunas impresoras 3D industriales pueden costar hasta 200,000 ‚ā¨. Tambi√©n existen ya impresoras industriales, de gran formato que rondan entre los 12.000-50.000 ‚ā¨, antes de dar el salto a las m√°s caras.

El consumidor promedio paga alrededor de 650 ‚ā¨ por una impresora 3D. Veremos que los precios caer√°n dr√°sticamente a medida que la tecnolog√≠a de impresi√≥n 3D se adopte m√°s en todo el mundo.

Resumen
¬ŅQu√© es la fabricaci√≥n Aditiva?
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¬ŅQu√© es la fabricaci√≥n Aditiva?
Descripción
La fabricaci√≥n aditiva se refiere a una clase de proceso de fabricaci√≥n, en los que una pieza se construye a√Īadiendo capas de material unas sobre otras. Estos procesos son inherentemente diferentes de los procesos sustractivos o de consolidaci√≥n.
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