¿Cómo elegir los procesos y materiales de impresión 3D?

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, ha tenido un impacto significativo en varias industrias. Entonces, ¿cómo elegir el proceso de impresión 3D y los materiales que se adapten a sus necesidades?

En las últimas décadas, el desarrollo de la impresión 3D ha demostrado que esta tecnología ha aportado enormes ventajas a consumidores, diseñadores, ingenieros y fabricantes. Los métodos de producción tradicionales tienen limitaciones en términos de capacidad de fabricación, mientras que la impresión 3D se beneficia del método aditivo de construir piezas capa por capa, con una libertad de diseño incomparable. Dado que la fabricación aditiva no requiere herramientas, se ha convertido en un método de producción muy rápido que puede convertir piezas en horas o días. Las cadenas de suministro acortadas y el aumento de la eficiencia de la producción son las razones por las que las empresas, desde las nuevas empresas hasta las empresas Fortune 500, lo incluyen en sus procesos de trabajo.

Sin embargo, en el proceso de uso de la tecnología de impresión 3D, puede haber dudas sobre varios sistemas de fabricación aditiva, su calidad inherente, materiales relacionados, operaciones internas y el costo de subcontratar a fabricantes contratados. A continuación, analizaremos los tipos comunes de fabricación aditiva, los procesos y sistemas relacionados, y cómo determinar qué solución de fabricación aditiva es la mejor para su proyecto.

 

Tipo de tecnología de impresión 3D

 

Hay cuatro tipos principales de tecnología de impresión 3D y, a menudo, hay procesos actualizados. Cada proceso de fabricación aditiva utiliza diferentes materiales para producir componentes con propiedades únicas que se pueden utilizar en aplicaciones específicas.

 

 

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, ha tenido un impacto significativo en varias industrias. Entonces, ¿cómo elegir el proceso de impresión 3D y los materiales que se adapten a sus necesidades?

 

 

En las últimas décadas, el desarrollo de la impresión 3D ha demostrado que esta tecnología ha aportado enormes ventajas a consumidores, diseñadores, ingenieros y fabricantes. Los métodos de producción tradicionales tienen limitaciones en términos de capacidad de fabricación, mientras que la impresión 3D se beneficia del método aditivo de construir piezas capa por capa, con una libertad de diseño incomparable. Dado que la fabricación aditiva no requiere herramientas, se ha convertido en un método de producción muy rápido que puede convertir piezas en horas o días. Las cadenas de suministro acortadas y el aumento de la eficiencia de la producción son las razones por las que las empresas, desde las nuevas empresas hasta las empresas Fortune 500, lo incluyen en sus procesos de trabajo.

 

 

Sin embargo, en el proceso de uso de la tecnología de impresión 3D, puede haber dudas sobre varios sistemas de fabricación aditiva, su calidad inherente, materiales relacionados, operaciones internas y el costo de subcontratar a fabricantes. A continuación, analizaremos los tipos comunes de fabricación aditiva, los procesos y sistemas relacionados, y cómo determinar qué solución de fabricación aditiva es la mejor para su proyecto.

 

Tipo de tecnología de impresión 3D

 

Hay cuatro tipos principales de tecnología de impresión 3D y, a menudo, hay procesos actualizados. Cada proceso de fabricación aditiva utiliza diferentes materiales para producir componentes con propiedades únicas que se pueden utilizar en aplicaciones específicas.

 

Polimerización en tina

 

La polimerización reductora en la que los fotopolímeros líquidos se curan mediante polimerización fotosensible es uno de los primeros procesos de fabricación aditiva desarrollados. La luz ultravioleta precisa cura y solidifica capas delgadas de resina fotosensible capa por capa. Este método es ampliamente conocido como estereolitografía y se comercializó a mediados de la década de 1980. Teniendo en cuenta la tecnología de impresión 3D original, las piezas de impresión litográfica tridimensional se utilizan para invertir en patrones de fundición, prototipos y modelos conceptuales. Otra tecnología digna de mención es el proceso de procesamiento de luz digital (procesamiento de luz digital).

 

Extrusión de material

 

Este tipo de fabricación aditiva dispensa material calentando la boquilla o el cabezal del extrusor. Después de colocar una capa, baje la plataforma de construcción o mueva el cabezal de extrusión hacia arriba e imprima la siguiente capa sobre la capa anterior. La materia prima suele ser un filamento termoplástico, que se enrolla en un carrete y se funde durante la extrusión. Una técnica común que utiliza este método es el modelado por deposición fundida. Con la capacidad de utilizar materiales termoplásticos comunes para la construcción, este tipo de fabricación aditiva se puede utilizar para fabricar piezas de producción, herramientas de fabricación y prototipos funcionales.

Fusión de lecho de polvo

La fusión de la capa de polvo utiliza energía térmica para fundir el área de la sección transversal del polvo. La energía térmica derrite el material en polvo y se solidifica después del enfriamiento. En el caso de los polímeros, el polvo no utilizado alrededor de la pieza se usa para fijar la pieza, por lo que generalmente no se requiere soporte adicional. En el caso de las piezas metálicas, normalmente se necesitan anclajes para conectar la pieza a la plataforma de impresión y soportar la estructura hacia abajo. La sinterización por láser (también conocida como sinterización selectiva por láser) se comercializó en 1992, seguida de la tecnología de sinterización de alta velocidad y, más recientemente, la soldadura de chorro múltiple (MJF). En la fabricación de metales, la sinterización directa por láser de metales (DMLS) y el moldeo por fusión por haz de electrones (EBM) son sistemas industriales muy populares en la actualidad.

 

Jet de material

 

 

Con los cabezales de impresión de múltiples boquillas, la inyección de material es actualmente uno de los métodos de fabricación aditiva más rápidos. El método de fabricación aditiva deposita gotas de material de construcción capa por capa. El sistema de inyección de material puede imprimir piezas de material clasificado y de varios materiales. Las piezas se producen utilizando diferentes proporciones de cada material, lo que da como resultado varios colores y múltiples propiedades del material. Generalmente, estos sistemas utilizan fotopolímeros, ceras y materiales digitales, en los que se mezclan y pulverizan simultáneamente varios cuerpos de fotopolímero. Se utilizan tecnologías como el modelado de chorros múltiples y el chorro a presión para crear prototipos rápidos, modelos conceptuales, patrones de fundición de inversión y modelos médicos anatómicos realistas.

Materiales de impresión 3D

En los métodos de fabricación tradicionales, los tipos de materiales para elegir son casi ilimitados. A diferencia de los métodos de fabricación tradicionales, la impresión 3D está ligada a los materiales utilizados por cada sistema y máquina específicos. Actualmente, la mayoría de los componentes de fabricación aditiva pueden ser plásticos o metálicos, dependiendo de la tecnología que tenga algunos materiales compuestos opcionales.

Los materiales de producción necesitan certificación y propiedades mecánicas que cumplan con los requisitos específicos de la industria, como las clasificaciones de llama aeroespacial y la biocompatibilidad médica. Las diferentes industrias tienen diferentes requisitos de durabilidad, apariencia y resistencia.

Consideraciones para elegir el proceso

 

 

Para garantizar los resultados más adecuados, existen varias consideraciones clave al seleccionar la tecnología para su proyecto:

Desde el prototipo hasta la calidad de producción, cualquier parte del producto se puede reemplazar con piezas impresas en 3D. Los requisitos de cada aplicación son únicos y requieren una inspección y una planificación cuidadosas para determinar el proceso y los materiales de impresión 3D adecuados para satisfacer las necesidades del proyecto. Por ejemplo, al crear un prototipo, el equipo de diseño generalmente necesita utilizar materiales rentables para una rotación rápida, sin dejar de presentar con precisión la forma y función del producto final. Por otro lado, las piezas de producción deben fabricarse como productos finales y deben cumplir ciertos requisitos de calidad, pruebas, químicos y estructurales.

Requisitos de rendimiento de impresión

Según los requisitos de rendimiento de las piezas impresas en 3D, los procesos y materiales adecuados variarán. Si la pieza necesita ser similar en apariencia al producto final, o necesita mantener su forma como modelo estático, entonces el chorro puede ser el mejor método debido a su rápida velocidad de rotación y su superficie suave y natural. La litografía estéreo también es una buena opción para piezas como accesorios de entretenimiento o grandes modelos conceptuales, que requieren un posprocesamiento ligero para pulir la superficie. Si los componentes del prototipo de impresión deben poder soportar golpes o altas temperaturas, FDM se puede utilizar para obtener piezas potentes y duraderas a partir de materiales de alto rendimiento. Si el diseño de la pieza requiere un socavado complejo, flujo de aire o bisagras de vida duraderas, los termoplásticos con sistema láser pueden ser ideales. Los factores anteriores deben integrarse de manera compleja, pero una consideración cuidadosa de los requisitos de rendimiento de los componentes puede ayudar a simplificar la selección del proceso de impresión 3D adecuado.

El entorno de la impresión

Muchas piezas impresas en 3D deben utilizarse en entornos húmedos o de alta temperatura. Algunos procesos y materiales de impresión 3D fueron rápidamente excluidos por estos parámetros. Por ejemplo, las aplicaciones al aire libre pueden requerir materiales resistentes a los rayos UV, pero los fotopolímeros se degradarán rápidamente bajo la irradiación UV. La humedad puede afectar negativamente a ciertos materiales, haciendo que las piezas se deformen, se doblen o disminuyan la precisión dimensional. Esto se debe a la absorción de agua inherente de algunos materiales de impresión 3D. En algunas aplicaciones, esta pieza puede requerir materiales aptos para alimentos. En este caso, los termoplásticos serán la mejor opción.

 

Durabilidad

 

Las plantillas o accesorios impresos en 3D pueden tener que pasar por miles de ciclos y soportar una presión tremenda, mientras que un prototipo de prueba adecuado puede que solo necesite ejecutarse una vez. Los termoplásticos de grado de ingeniería pueden soportar una enorme presión, lo que los convierte en materiales ideales para prototipos funcionales o piezas de producción. Por otro lado, los materiales fotopoliméricos son más efectivos en aplicaciones de baja presión a corto plazo.

Postprocesamiento

Las piezas fabricadas por el sistema de inyección de material parecen más suaves y es más fácil completar el posprocesamiento manualmente para lograr la apariencia ideal. Debido a la resolución de capa más gruesa de las piezas de plástico fabricadas por la extrusora de material, el posprocesamiento es difícil y se requiere más mano de obra y habilidades para lograr una superficie lisa, lo que aumenta los costos laborales y prolonga el tiempo de entrega. Los metales aditivos y las aleaciones requieren más tiempo, energía y experiencia para realizar productos pulidos. Por lo general, las piezas metálicas deben mecanizarse, retirarse de la plataforma de impresión y quitarse, enrollarse o pulirse el marco de soporte. Conocer la demanda final y las características de las piezas clave de antemano acortará el tiempo de posprocesamiento para asegurar la fecha de entrega.

 

Presupuesto, tiempo y calidad

 

Dependiendo de la calidad, el costo y el tiempo de entrega del producto, la calidad y el costo pueden compararse entre sí; Los requisitos de rotación rápida y posprocesamiento de alta calidad se excluyen mutuamente. Solo equilibrando el presupuesto, el ciclo de producción y la calidad de la demanda final, puede encontrar el equilibrio adecuado y elegir la solución de impresión 3D adecuada.

prioridad

El enfoque de "talla única" no es adecuado para la impresión 3D. Los factores enumerados anteriormente requieren la consideración de diferentes prioridades, considerando las ventajas, desventajas y matices de cada proceso, material y opciones de decoración disponibles, lo que lo ayudará a determinar el método más adecuado para el proyecto.

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