“El mecanizado tridimensional ayuda a facilitar el procesamiento de polímeros de grado diseñado a máquina. Además, a diferencia de las técnicas convencionales de fabricación rápida, puede crear rápidamente prototipos y piezas geométricas ligeras”.
En la industria del plástico, la impresión 3D es una técnica de fabricación aditiva para crear diseños 3D a partir de planos digitales 3D. Beneficia a los profesionales del diseño en la creación de prototipos estéticos y funcionales para probar ajustes antes de iniciar una producción a gran escala.
Consiste en apilar material capa por capa, guiado por un sistema CNC, para crear una pieza tridimensional en un tiempo mínimo. Por lo general, la impresión 3D es rápida y eficiente para producir diseños complejos. Sin embargo, Costo de la impresión 3D de metal Suele ser más caro que la impresión en plástico debido al precio del material, el equipo especializado y los requisitos de posprocesamiento. Aun así, sigue siendo una opción práctica para piezas complejas, de bajo volumen y de alto rendimiento.
Además, sus costes de instalación son relativamente más bajos que los de las técnicas convencionales. Debido a su precisión y exactitud dimensional en la industria manufacturera, obtuvo una atención significativa en todo, desde diseños arquitectónicos hasta prototipos de componentes aeroespaciales.
Este artículo analiza los procesos, tipos y aplicaciones industriales de la impresión 3D. También cubre los consejos necesarios para un proyecto de impresión 3D exitoso.
¿Qué es la impresión 3D? ¿Como funciona?
Impresión 3D
La impresión 3D es una técnica de fabricación aditiva para crear piezas o productos. Las ilustraciones virtuales predeterminadas o la representación matemática de las superficies 3D se seleccionan en software como MatterControl 2.0, Tinkercad, Blender, UVTools, WebPrinters y Ultimaker Cura. Después de finalizar el diseño, los archivos se preparan para imprimir. Aquí, el diseño se divide cortándolo en cientos o miles de capas horizontales o verticales, dependiendo de la configuración de la pieza. Luego, el modelo cortado se introduce en la impresora 100D.
En el proceso de impresión 3D, el material plástico se deposita en sus sucesivas capas en orden secuencial hasta formar una pieza o producto. Este proceso se conoce como extrusión de material. Estas impresoras son notablemente compactas y relativamente económicas para producir piezas en pedidos de bajo volumen a granel. Además, los materiales de impresión 3D están ampliando su gama, desde plásticos hasta polímeros de grado de ingeniería de bajo costo. Generalmente requieren un presupuesto mínimo para su infraestructura. Uno de los principales beneficios es que la impresión 3D utiliza menos material para formar prototipos, a diferencia de los métodos convencionales. Además de sus capacidades de diseño de piezas, casi cualquier diseño conceptual que se le ocurra, una impresora 3D estándar puede replicarlo. Una impresora 3D estándar de tamaño pequeño suele costar entre 300 y 400 dólares aproximadamente.
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Partes principales de una impresora 3D
Las impresoras 3D constan de varios componentes fijos y móviles que trabajan juntos para producir diseños de prototipos. Si bien la estructura de la máquina varía según el modelo, Tipos de impresión 3DLa mayoría de las impresoras 3D incluyen los cinco componentes principales que se enumeran en la tabla a continuación.
Mesa: Partes principales de las impresoras 3D
| Partes | Funcionalidad |
| El cabezal de impresión | Es un elemento calefactor de una impresora 3D que posteriormente deposita materiales plásticos para crear un producto. |
| construir bandejas | El lugar donde se crean los diseños reales calentándolos o sin calentarlos depende del tipo de tecnología de impresión 3D prevista. |
| Controlador de movimiento | Es la parte principal que se utiliza para regular el proceso de impresión 3D. Contiene utilidades mecánicas que incluyen; motores, correas, tornillos y topes finales. |
| Placa madre | Es la parte central que contiene componentes eléctricos. Controla todas las funcionalidades de las impresoras 3D como; velocidad y cantidad de deposición de material. |
| Fuente de alimentación | La fuente de alimentación se utiliza para alimentar todas las piezas eléctricas de las impresoras 3D. |
Tipos de impresión 3D de plástico
Estos son algunos de los tipos más comunes de tecnología de impresión 3D, incluidos;
- Estereolitografía (SLA)
- Modelado de deposición fusionada (FDM)
- Sinterizado selectivo por láser (SLS)
- Proceso de luz digital (DLP)
- Polijet
- Fusión de chorro múltiple
Estereolitografía (SLA)
Impresión 3D SLA
SLA se destaca como la primera tecnología de impresión 3D comercial. Utiliza un tanque de cuba de un fotopolímero líquido que se calienta inicialmente para curar sus capas posteriores hasta obtener el material de la pieza deseada.
SLA puede replicar rápidamente prototipos detallados de alta resolución, piezas complejas y patrones para microfusión. Además, ayuda a los diseñadores a dar forma a componentes detallados ejemplares para probar los ajustes de un producto de ingeniería ensamblado.
Tabla: Tipos de plástico utilizados en SLA y aplicaciones
| Material | Aplicaciones | Nivel de precisión |
| Polipropileno, ABS y policarbonatos rellenos de vidrio. | Prototipos para plantillas, fijaciones y patrones de fundición. | 0.1 mm a 0.2 mm |
Modelado de deposición fusionada (FDM)
Impresión 3D FDM
El modelado por deposición fundida funciona fundiendo filamentos de plástico y extruyéndolos a través de una boquilla calefactora en capas secuenciales para formar un prototipo de producto. La resolución y precisión dimensional de FDM es relativamente menor en comparación con SLA. Además, puede ser propenso a sufrir daños después de una exposición prolongada a la radiación ultravioleta.
En cuanto a la compatibilidad de materiales, puede depositar varios termoplásticos resistentes sobre elastómeros flexibles para la fabricación de artículos. Se utiliza ampliamente para dar forma a modelos de prueba de concepto y prototipos desde simples a complejos.
Tabla: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Nivel de precisión |
| PET, ABS, ETG, PLA | Incorpora pruebas de ajuste, prototipos de plantillas, fijaciones y patrones de fundición a la cera perdida. | 0.1 mm a 0.2 mm |
Sinterizado selectivo por láser (SLS)
Piezas de impresión 3d de nailon SLS
Como su nombre lo indica, funciona sinterizando un láser sobre un fuerte polvo termoplástico para construir prototipos para pruebas funcionales. Este láser funde el material plástico y lo fusiona a través de una boquilla calefactora capa por capa para construir un producto. El proceso consume meticulosamente todo el material durante el proceso. Por lo general, no requiere estructuras de soporte durante el desarrollo del producto. Además, las piezas 3D fabricadas mediante SLS son más resistentes y altamente estables dimensionalmente que las técnicas de deposición fundida y SLA. Además, las piezas adquieren mayor resistencia que las piezas moldeadas por inyección.
Tabla: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Nivel de precisión |
| Nailon 6, nailon 11, nailon 12 y poliamida 12 | Incorpora pruebas de ajuste, prototipos de plantillas, fijaciones y patrones de fundición a la cera perdida. | 0.1 mm a 0.2 mm |
Proceso de luz digital (DLP)
Procesamiento digital de luz
El proceso de DLP se parece al de SLA. Implica el uso de fuentes de luz convencionales en lugar de luz láser. En general, DLP es relativamente más barato y produce piezas de mayor calidad que SLA. Además, el proceso es comparativamente rápido, ya que imprime la pieza completa de una vez. Además del acabado superficial, estas impresoras suelen producir texturas superficiales muy suaves para productos de uso final.
Tabla: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Nivel de precisión |
| Cloruro de polivinilo, ABS, polipropileno | Férulas dentales, adornos, amplificadores y piezas de joyería. | 0.1 mm a 0.2 mm |
Fusión de chorro múltiple (MJF)
Piezas impresas de chorro múltiple
En el proceso, la fusión de chorros múltiples es similar al SLS, ya que ambos utilizan energía de nailon para el desarrollo de prototipos funcionales. Estas impresoras 3D aplican grupos de inyección de tinta sobre polvo de nailon para construir un producto capa por capa fusionando un elemento calefactor. MJF ayuda a producir productos de uso final de colores variados y mejora la resolución de las piezas previstas. Además, se necesita un tiempo de entrega mínimo para formar un producto y se considera notablemente una técnica económica en la tecnología de impresión 3D.
Tabla: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Exactitud |
|
PA 12 negro, polipropileno PA 12 40% fibra de vidrio negro |
Prototipos, dispositivos médicos, Fuelle, deflectores, plantillas y accesorios. |
0.05 mm |
Polijet
Polyjet se refiere a una tecnología de impresión 3D tradicional que tiene un parecido notable en su funcionamiento con las impresoras de inyección de tinta convencionales. Funciona dejando caer fotopolímeros sobre una placa de construcción sinterizando luz ultravioleta para formar un producto. Las impresoras 3D Polyjet son más económicas que SL y SLS. Los diseñadores de productos pueden utilizar Poly Jets, donde se necesitan prototipos para probar los ajustes del diseño inicial de un conjunto. Además, pueden forjar piezas multicolores y multimateriales.
Tabla: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Exactitud |
| Polipropileno, ABS, materiales similares al caucho, materiales ópticamente transparentes | Sobremoldeado y prototipos elastoméricos. | 0.1 mm |
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Tecnologías de impresión 3D en metal
Además del plástico, 3D materiales de impresión También se incluyen varios metales de alta resistencia para la producción de prototipos funcionales y piezas de uso final. Las opciones más comunes son el acero inoxidable, el aluminio, el cobre, el tungsteno y el titanio. Los siguientes procesos de impresión 3D se utilizan habitualmente para estos materiales metálicos.
- Fusión por haz de electrones (EBM)
- Sinterización directa por láser de metales (DMLS)
Fusión por haz de electrones (EBM)
La fusión por haz de electrones es una impresión 3d de metal proceso. Como sugiere el nombre, utiliza un haz de electrones de alta energía para fusionar polvo metálico en capas homogéneas posteriores para formar un producto según las especificaciones requeridas. Funciona creando un vacío inferior a 0.0001 mbar dentro de una cámara de impresión. La temperatura óptima requerida para fusionar el material es de alrededor de 600 a 700 ℃. En comparación con otras tecnologías de impresión 3D, la EBM es rápida y rentable. Además, puede utilizarse como sustituto de las técnicas de fundición y mecanizado CNC, ya que produce piezas muy duraderas.
Tabla: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Exactitud |
| Tantalio, tungsteno, vanadio y titanio. | Componentes aeroespaciales, automotrices y médicos. | N/A |
Sinterización directa por láser de metales (DMLS)
DMLS es otra técnica de impresión 3D en metal. En comparación entre la sinterización directa por láser de metales Impresión 3D versus mecanizado CNC, ofrece más flexibilidad, repetibilidad, precisión y beneficios de producción rápida. Además, es una opción especialmente eficaz para producir prototipos intrincados y detallados. Generalmente, reduce los metales y convierte conjuntos de piezas múltiples en componentes livianos o individuales.
Mesa: Materiales y aplicaciones compatibles
| Material | Aplicaciones | Exactitud |
| Acero inoxidable, aluminio, aleaciones de níquel y cobre. Etc. | Prototipos aeroespaciales, automotrices y médicos imitadores. | 0.1 mm |
Aditivo vs. Fabricación sustractiva
Aditivo vs. Fabricación sustractiva
La fabricación aditiva agrega material en capas secuenciales para crear un producto. La fabricación sustractiva, por el contrario, elimina material de las piezas existentes para darles la forma deseada. Estos enfoques fundamentales se utilizan ampliamente en las industrias manufactureras debido a la flexibilidad del material y su precisión excepcional. Más allá de eso, estas técnicas se han convertido en opciones económicas para lotes de gran volumen.
Aunque existen muchas técnicas de fabricación, el mecanizado CNC y la impresión 3D son las dos más adoptadas por sus beneficios versátiles. Evaluemos las distinciones entre ellos;
Tabla: Fabricación aditiva versus sustractiva
| técnicos | Fabricación sustractiva | Fabricación aditiva |
| uso de materiales | Alojar varios bloques sólidos, barras, varillas de plástico, metales. | Se utilizan resinas termoplásticas, materiales de alta resistencia, rígidos, elásticos y moldeables (similares a la cera). |
| Costos de herramientas y configuración | Mayores costos de herramientas, pero menores costos de configuración inicial. | Costos de herramientas más bajos, pero costos de configuración iniciales más altos, alrededor de $ 2000, $ 10000 3 para impresoras XNUMXD de rango medio |
| velocidad de producción | Generalmente es más lento y más costoso para la producción de lotes de gran volumen. | Comparativamente, tiene una velocidad de producción rápida y es eficiente para grandes tiradas de producción. |
| Complejidad del diseño | Permite crear diseños geométricos complicados; por ejemplo, roscas, agujeros, tornillos y cilindros | También facilita la creación de diseños complejos pero limitados a piezas o componentes más detallados. |
| Exactitud | Tolerancia de aproximadamente 0.025 mm | Tolerancia alrededor de 0.1 mm |
Relacionado con: Fabricación aditiva vs sustractiva
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Aplicaciones de la impresión 3D
La tecnología de impresión 3D está muy extendida en varios sectores manufactureros. Se utiliza inmensamente en las industrias de aviación, automoción, construcción, Medicare, creación de prototipos y fabricación.
Aviación
En las industrias de la aviación y la defensa, la tecnología de impresión 3D ha introducido una forma precisa de dar forma a componentes críticos de los aviones. Estas industrias requieren formas complejas y piezas livianas para mejorar la funcionalidad y el rendimiento de varios componentes del motor. Por lo tanto, los diseñadores y proveedores OEM se benefician de su viabilidad económica para producir piezas livianas en un plazo corto. Algunos ejemplos incluyen tirantes, soportes, palas de turbinas y marcos centrales, prototipos funcionales y componentes estructurales para sistemas de defensa.
Automobile
La impresión 3D ha hecho explotar la industria automotriz al proporcionar prototipos rápidos y componentes livianos, especialmente para automóviles de carreras. Los sectores establecidos como Mitsubishi y Chemical, o BASF, ya han introducido la tecnología de impresión 3D. Generalmente, el modelado por deposición fundida se utiliza para construir prototipos de impresión 3D personalizados y piezas de uso final. Algunos ejemplos comunes incluyen tableros de instrumentos de automóviles, conductos de HVAC, rejillas de ventilación y accesorios prototipo de asientos interiores.
Prototipado y Fabricación
Prototipos impresos en 3D
En comparación con Impresión 3D vs. Moldeo por inyección, Los moldes de inyección suelen tardar varias semanas en producirse. Por lo tanto, estos moldes, en general, son más caros que la impresión 3D y cuestan entre 100 y 1000 dólares. Como se mencionó anteriormente, el objetivo principal del empleo de la impresión 3D es crear prototipos de formas complejas. Más, Gatos impresos en 3D, estético Se pueden realizar modelos complejos para los consumidores y las necesidades arquitectónicas mediante la impresión 3D.
Estas técnicas de funciones avanzadas pueden traer piezas en tan solo unas horas, todo ello con un presupuesto asequible. Además, la impresión 3D personalizada es ideal para crear prototipos para probar e iterar diseños iniciales. Las técnicas más rentables para la elaboración de prototipos son SLS y DMLS.
Medicare
Estructura ósea impresa en 3D
En el sector sanitario, las impresoras 3D se utilizan para diseñar dispositivos ortopédicos e implantes para fundir coronas dentales metálicas. Además, ayuda a fabricar herramientas y estructuras de andamios de estructuras humanas. Estos andamios proporcionan a las células y tejidos un marco para crecer y regenerar tejidos. Además, la impresión 3D personalizada ayuda a replicar prótesis personalizadas y dispositivos específicos para cada paciente; como; audífonos y plantillas ortopédicas. Además de esto, los huesos, la piel, los tejidos y los órganos impresos en 3D también contribuyen al cuidado del paciente.
Tecnología de impresión 3D para la construcción
Tecnología de impresión 3D para la construcción
Las industrias de la construcción suelen utilizar "impresoras 3D de construcción" para encuadernación eléctrica y perspectivas de pulverización. Estas impresoras funcionan mediante extrusoras de brazos robóticos controlados y sistemas de pórtico para crear suavemente modelos de construcción, estructuras pequeñas y componentes de construcción. Más allá de esto, la impresión 3D es una solución económica para crear patrones de construcción más complejos y mejorar la integración funcional al minimizar los residuos y los requisitos de mano de obra.
Servicios de impresión 3D en Boda
Boda ofrece la mejor impresión 3D asequible y de su clase servicios de creación de prototipos. Nuestros expertos le ayudarán a realizar una selección inteligente de materiales y le brindarán asistencia en mejoras de diseño para obtener resultados óptimos. Nuestras instalaciones están equipadas con una impresora 3D avanzada y ofrecen una gran variedad de opciones de materiales para que nuestros valiosos clientes elijan.
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Recapitulación
La impresión 3D ofrece varios beneficios a la hora de fabricar rápidamente prototipos para componentes médicos, de aviación y de automoción. Esta técnica de fabricación aditiva utiliza múltiples materiales de impresión 3D, desde plásticos, cerámicas y comestibles hasta metales exóticos como; titanio, tungsteno y cobre.
Estas impresoras han ampliado las posibilidades de fabricar diversos componentes y satisfacer las demandas del mercado de posventa que antes eran difíciles para técnicas convencionales como la fundición, el mecanizado y el moldeo por inyección. Además, acortaron los tiempos del ciclo de producción. Este artículo contiene una perspectiva integral de la tecnología de impresión 3D desde un aspecto más profundo. Por lo tanto, puede obtener información valiosa sobre el surgimiento de la tecnología de impresión 3D y su utilidad.
Preguntas Frecuentes
P1. ¿Cuáles son las limitaciones de la impresión 3D?
Además de sus ventajas, la impresión 3D también tiene algunas limitaciones. Éstas incluyen; opciones de materiales limitadas, requisitos de posprocesamiento y mayores costos en grandes volúmenes.
P2. ¿Qué materiales plásticos son flexibles para la impresión 3D?
Los materiales termoplásticos se consideran materiales de impresión 3D compatibles y flexibles. Algunos de los comunes incluyen; poliuretano, policarbonato y plásticos de alto rendimiento como PEEK y ácidos polilácticos (PLA). Entre estos, los filamentos PLA se extruyen principalmente en aplicaciones de impresión 3D. Aprender más acerca de Dominar la impresión 3D: una guía de los mejores materiales PLA.
P3. ¿Existen avances en curso más allá de la impresión 3D?
Sí, el futuro depara nuevos avances como la impresión 4D y 5D en la fabricación aditiva. Es probable que estas innovaciones contribuyan a reducir el peso de los componentes y optimicen el rendimiento de las impresoras 3D para ofrecer productos en un corto período de tiempo.
P4. ¿Cuáles son los beneficios de la impresión 3D?
Las impresoras 3D ofrecen una personalización completa en la fabricación de piezas. Estas impresoras siguen pautas automatizadas para crear productos sin problemas. Además, es considerablemente ideal para diseñar prototipos para diversos productos finales de uso industrial.
P5. ¿Cuáles son los principales problemas causados durante el desarrollo de productos de impresión 3D?
Aunque las impresoras 3D son precisas y producen formas complejas con exactitud, los parámetros del proceso como la temperatura, la velocidad de impresión y el enredo de los filamentos son los principales problemas durante el proceso de impresión 3D.
Recursos
- Shahabudin, TC Lee, R. Ramlan, (2019).: Una descripción general de la tecnología de impresión 3D: tecnológica, materiales y aplicaciones, Procedia Manufacturing; Obtenido de: Science Direct.