Impresoras 3D Industriales

602 361 Adrián Moya

En la anterior entrada hicimos un repaso a los tipos de impresoras 3D de uso doméstico más habitual. Hoy vamos a completar el listado de tipos de tecnología de impresión 3D pero os proponemos salir de nuestras casas y de las impresoras que podríamos tener en ellas, para adentrarnos en el mundo de las impresoras 3D del sector industrial.

¿Qué tipos de impresoras 3D se utilizan en el sector industrial?

1. Sintetización Selectiva por Láser o SLS

La tecnología SLS utiliza un proceso llamado Powder Bed Fusion o Fusión de Lecho de Polvo. Un tanque relleno de polvo de termoplásticos (Nylon 6, 11, 12) se calienta hasta alcanzar casi su temperatura de fusión. Una vez hecho, se deposita una fina capa de polvo sobre la base de impresión.

Un haz láser empieza a recorrer de forma selectiva la superfície “sintetizando” el polvo, o lo que es lo mismo, solidificando una sección transversal del objeto o capa. Al igual que en el caso de la tecnología SLA, el láser se enfoca en la superfície a través de un par de espejos reflectantes.

Una vez toda la capa ha sido sintetizada, la plataforma de impresión baja la altura de capa programada y todo el proceso de repite de nuevo.

Cabe mencionar que el polvo que no se ha sintetizado se mantiene en la capa, de forma que sirve como estructura de soporte para las capas superiores. Así es, la tecnología SLS no requiere estructura de soportes para sus impresiones.

Y precisamente por  la falta de dicha necesidad, el SLS es una tecnología que se utiliza para crear piezas funcionales, conductos complejos que requieren diseños huecos y producción de bajo rendimiento.

Sus puntos fuertes son la creación de piezas funcionales, piezas con buenas propiedades mecánicas y complejas geometrías. Aún así, no todo son puntos fuertes, su funcionamiento requiere de una alta temperatura en los tanques de impresión, y las piezas deben pasar por un postprocesado intenso, elevando los costes de impresión enormemente en comparación con FDM.

– Inyección de material

2. Material Jetting o Inyección de Material

Tecnología de impresión 3D cuyo proceso va tal y como su nombre describe. Usa resinas fotopolímeras y funciona de forma similiar a una impresora 2D. La diferencia reside en que después de la impresión de la primera capa, se repite el proceso para imprimir sobre la anterior con el fin de conseguir un en lugar de quedarse en la impresión de una única capa, se vuelve a imprimir sobre ésta hasta conseguir un objeto sólido.

El proceso puede resultar similar a otras tecnologías de fabricación aditiva. El material se deposita como FDM y utiliza resinas como SLA y DLP. La principal diferencia es que en tecnología de Material Jetting su cabezal inyecta cientos de gotas de fotopolímero y las solidifica con luz UV.

Además de ello no utiliza un solo punto para seguir un camino y completar así una capa, sino que deposita el material de construcción de manera rápida y lineal. Gracias a ello y como el DLP, esta tecnología puede fabricar múltiples objetos en una sola base sin afectar a la velocidad de impresión total.

Finalmente, hemos dicho que su funcionamiento es similar al de una impresora 2D, por lo que es capaz de utilizar material soluble para las estructuras de soporte, utilizar diferentes materiales durante la propia impresión e incluso, a todo color.

3. Drop On Demand o DOD

Este tipo de tecnología también usa Inyección de Material. Utiliza un par de inyectores. El primero deposita un material de construcción similar a la cera y, el segundo, material soluble de soporte. A diferencia del caso anterior, los inyectores DOD siguen una ruta predeterminada para inyectar el material.

Las impresoras DOD usan algo llamado “fly-cutter”, una cuchilla que roza el área de construcción después de finalizar cada capa y asegurar que la superficie para la siguiente capa está perfectamente plana.

Las aplicaciones comunes del Matterial Jeting y DOD son prototipos de productos a todo color, prototipos similares al modelo conseguido por inyección, moldes de inyección (de bajo rendimiento) y modelos médicos.

  • Su fortalezas su acabado superficial, la posibilidad de utilizar múltiples materiales y de imprimir a todo color.
  • Su punto débil es que son modelos frágiles por lo que su uso no incluye piezas mecánicas, y tienen un coste superior al SLA/DLP industrial.

– Inyección de aglutinante

4. Sand Binder Jetting

Tecnología que utiliza la inyección de un ligante. Es similar al SLS ya que requiere una primera capa de polvo, en este caso de arena o silicio, en la base de impresión. Se diferencia en el SLS a continuación. En lugar de realizar un sintetizado mediante un haz de luz láser, un cabezal de impresión se mueve sobre la superfície depositando pequeñas gotas de aglutinante que unen el polvo. De esta manera se consigue cada capa del objeto.

Una vez hecho, se baja la base de impresión, se extiende una nueva capa de polvo sobre la capa impresa y se repite el proceso hasta completar la altura total del objeto.

Esta tecnología también permite la impresión a todo color. Para hacerlo se utilizan dos cabezales. El primero inyecta el agente aglutinante y el segundo el color. En este caso el material utilizado es un polvo acrílico o de yeso.

Una vez las piezas están completamente curadas, se sacan del polvo y se limpian. En este momento se suelen añadir infiltrantes para mejorar las propiedades mecánicas o recubrimientos para mejorar el color.

La tecnología de Sand Binder Jetting permite un bajo coste en la producción de moldes de arena para fundición. Una vez se han impreso y limpiado están listos para su uso. Tras la fundición el molde se rompe y el componente metálico final se retira.

5. Metal Binder Jetting

Tecnología que utiliza la inyección de aglutinante en la fabricación de objetos metálicos. El polvo metálico se une usando un aglutinante polimérico. Esta tecnología permite la producción de objetos con geometrías imposibles de conseguir con los métodos de fabricación convencional.

En caso de requerir objetos metálicos funcionales se requiere de un proceso secundario tal como sería la infiltración o la sinterización debido a las malas propiedades mecánicas del modelo.

La infiltración se basa en la colocación del objeto en el horno para quemar el agente aglutinante, hecho que deja al objeto en un 60% de densidad por los vacíos producidos.

Para rellenar los vacíos se añade bronce para infiltrar los huecos y aumentar su densidad a valores próximos al 90%, consiguiendo una resistencia mayor.

Las aplicaciones comunes para las tecnologías de inyección de aglutinante son la fundición en arena, piezas metálicas funcionales y modelos a todo color.

  • Entre sus fortalezas destacamos el gran volumen de construcción y el bajo coste de impresión, además de la obtención de piezas metálicas funcionales.
  • Una limitación a destacar es la que viene dada por las propiedades mecánicas. No son tan buenas como las conseguidas por fusión de lecho de polvo metálico.

– Fusión de Lecho de Polvo Metálico

6. Direct Metal Laser Sintering o DMLS, y Selective Laser Melting o SLM

Las tecnologías de Sintetización Directa por Láser de Metal (DMLS) y de Fusión Selectiva por Láser (SLM) utilizan la Fusión de Lecho de Polvo de Metal, proceso en el que se utiliza una fuente de calor para fusionar partículas de metal capa a capa.

Ambas tecnologías utilizan siguen un proceso similar al SLS. La principal diferencia es que hacen objetos metálicos en lugar de plásticos. Principalmente se utiliza polvo de aluminio, acero inoxidable y titanio.

DMLS se utiliza para producir piezas a partir de aleaciones metálicas. En lugar de derretirlo, el láser calienta el polvo hasta el punto donde se fusiona a nivel molecular.

Por su parte SLM utiliza el láser para fundir completamente el polvo de metal y formar así una parte homogénea, es decir, fabrica partes de materiales de un solo elemento, tal como podría ser el titanio.

7. Electron Beam Melting, EBM, o Fusión por Haz de Electrones

Tecnología que también utiliza la Fusión de Lecho de Polvo Metálico (Metal Powder Bed Fusion). A diferencia de las tecnologías DMLS y SLM, como su nombre indica, EMB hace uso de un haz de electrones alta energía en lugar de un láser (fotones) para inducir a la fusión entre partículas metálicas.

Un haz de electrones recorre la capa, provocando la fusión localizada y solidificación sobre un área. Las diferentes áreas constituyen cada capa y el objeto sólido final.

Debido a la mayor densidad de energía, EBM presenta una mayor velocidad de construcción que DMLS o SLM. Aún así, el tamaño mínimo de cada detalle, el tamaño de las partículas de polvo, el grosor de capa y el acabado superficial son generalmente mayores con EBM.

Asimismo, debido a la naturaleza del proceso las piezas impresas con EBM deben fabricarse al vacío y únicamente pueden ser usados materiales conductores de la electricidad.

Las aplicaciones comunes de DMLS, SLM y EBM son piezas metálicas funcionales para las instrustrias aeroespacial, automotriz, médica y dental.

  • Sus fortalezas son la creación de piezas funcionales con mayor resistencia así como la posibilidad de producir geometrías complejas.
  • Su inconveniente es el alto coste, tanto de maquinaria como de impresión, y el reducido tamaño de construcción.

Con este breve repaso completamos el listado de los 7 procesos y las 10 tecnologías de fabricación aditiva o impresión 3D. Os invitamos a que conozcáis los cursos de Diseño e Impresión 3D que realizamos en AI Robot.

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