Impresión 3D

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D es el proceso de construir objetos tridimensionales capa por capa. También conocida como fabricación aditiva, es lo opuesto a la fabricación sustractiva, que se refiere a cortar o tallar un diseño terminado de un bloque más grande de material, como en la escultura.

Los materiales de impresión 3D más comúnmente utilizados incluyen termoplásticos como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), metales, resinas y cerámicas.

El software de modelado 3D hace posible la impresión 3D. Permite más creatividad y experimentación al hacer prototipos de manera rápida, fácil y económica. Debido a que puede hacer diseños detallados y complicados con menos material que las técnicas sustractivas, como el taladrado, la soldadura y el moldeo por inyección, la impresión 3D reduce el desperdicio de material.

Una vez que el diseño está listo, el software de impresión 3D construye capas de material para formar un objeto tridimensional real.

Software de Impresión 3D

Software que menciona a impresión 3d como una característica o término.

Autodesk Fusion

DigiFabster

Ultimaker Cura

Solid Edge

Tinkercad

Shapr3D

Componentes de una impresora 3D

Para entender mejor los tipos de impresión 3D, se discuten a continuación algunos componentes importantes de las impresoras 3D.

• La placa controladora es el corazón de una impresora 3D ya que transmite instrucciones a todos los demás componentes. También determina la temperatura de fusión adecuada para dar forma al objeto a imprimir.
• El filamento es la materia prima necesaria para imprimir objetos. Es un plástico que se derrite en lugar de quemarse cuando se calienta.
• El marco alberga todos los elementos eléctricos y mecánicos de una impresora 3D. Los mantiene en posición y ofrece una superficie para imprimir artículos.
• La cama de impresión es donde se crea el objeto 3D final.
• El cabezal de impresión es el componente a través del cual entra el filamento, se derrite y finalmente toma la forma del objeto a imprimir.
• Las varillas roscadas permiten que el cabezal de la impresora 3D se mueva hacia arriba, hacia abajo y en formaciones en zigzag.
• Los motores paso a paso dentro de una impresora 3D ayudan en la construcción de un objeto en varios pequeños pasos. También ayudan a mover otros componentes como el cabezal de la impresora, la cama, las varillas y los tornillos.
• Las correas son otro componente de movimiento de la impresora 3D. El motor paso a paso está acoplado a los engranajes de transmisión a través de correas que se ajustan sobre los engranajes y les permiten moverse suavemente con el motor.
• Los topes finales le dicen a la impresora su posición y evitan que exceda los límites permitidos. Ayudan a la impresora a mantener su eje y evitar descarrilamientos.
• La unidad de suministro de energía (PSU) suministra energía a todos los demás componentes de la impresora.

Tipos de impresión 3D

La organización internacional de normalización (ISO) clasifica las tecnologías de impresión tridimensional en siete clases. Todas las técnicas de impresión 3D encajan en una de las siguientes categorías.

• Inyección de aglutinante deposita una capa delgada de material en polvo, como metal, arena de polímero o cerámica, sobre la plataforma de construcción, después de lo cual un cabezal de impresión deja caer adhesivos que unen las partículas. La inyección de aglutinante imprime metal 3D, prototipos a todo color y moldes cerámicos a gran escala.
• Deposición de energía directa emplea un láser, haz de electrones o arco eléctrico para fusionar material en alambre o polvo. La técnica construye capas horizontalmente y las apila verticalmente para crear piezas.
• Extrusión de material, o modelado por deposición fundida (FDM), suministra un carrete de filamento a una cabeza de extrusión con una boquilla calentada. La cabeza de extrusión calienta, suaviza y deposita material en posiciones predeterminadas para enfriarse y crear una capa. La plataforma de construcción luego se desliza hacia abajo para pasar a la capa siguiente.
• Inyección de material deposita material líquido desde uno o más cabezales de impresión sobre una superficie, en lugar de tinta sobre una página. Cada capa se cura antes de apilarse. La inyección de material necesita estructuras de soporte construidas de material soluble en agua que se pueden limpiar después de la finalización.
• Fusión de lecho de polvo (PBF) es una técnica en la que la energía térmica, como un láser o un haz de electrones, se utiliza para fusionar selectivamente regiones de un lecho de polvo para producir capas, que luego se apilan para construir un componente.
• Laminación de hojas tiene dos tecnologías distintas: fabricación de objetos laminados (LOM) y fabricación aditiva ultrasónica (UAM). LOM utiliza capas alternas de material y adhesivo para hacer productos con atractivo visual y estético, mientras que UAM combina hojas de metal delgadas utilizando soldadura ultrasónica.
• Polimerización en cuba comprende estereolitografía (SLA) y procesamiento de luz digital (DLP). Estas técnicas generan componentes capa por capa, utilizando un láser para curar selectivamente la resina líquida en una cuba. SLA aplica un láser de un solo punto o fuente ultravioleta (UV) para curar, pero DLP proyecta una imagen única de cada capa completa sobre la superficie de la cuba.

Tecnologías de impresión 3D

La sinterización, la fusión y la estereolitografía son las tres formas principales de técnicas de impresión 3D.

1. Sinterización es un proceso que crea objetos de alta resolución calentando el material sin fundirlo. Se utiliza polvo de metal para la sinterización láser directa de metal. Se utilizan polvos termoplásticos para la sinterización láser selectiva.
2. Métodos de fusión de impresión 3D incluyen fusión de lecho de polvo, fusión por haz de electrones y deposición de energía directa. Estas técnicas emplean láseres, arcos eléctricos o haces de electrones para imprimir cosas fusionando materiales a altas temperaturas.
3. Estereolitografía utiliza la fotopolimerización para producir piezas. Este método cura y solidifica selectivamente una sección transversal de un objeto uniendo la fuente de luz adecuada con el material.

Beneficios de la impresión 3D

En comparación con las técnicas de fabricación convencionales, la tecnología de impresión 3D tiene varias ventajas. Entre estos beneficios se encuentran los asociados con el diseño y el costo.

• La impresión 3D crea piezas geométricas complejas y personalizadas que son sencillas y económicas. Utiliza menos material que los procesos de producción sustractivos, lo que la hace más barata. Además, el costo de una pieza es directamente proporcional al material, tiempo y procedimientos de post-procesamiento, lo que la convierte en un proceso rentable.
• Los sistemas de diseño asistido por computadora (CAD) utilizados en la impresión 3D hacen que los cambios de producto sean simples y valiosos.
• Este procedimiento es ideal para herramientas de prototipado ya que permite lotes pequeños y producción interna, lo que lleva a procesos de producción más rápidos que dependen menos de las cadenas de suministro.
• La impresión 3D a menudo utiliza plásticos y metales, pero los componentes pueden hacerse de materiales personalizados. Por ejemplo, se pueden usar materiales con alta resistencia al calor, impermeabilidad o resistencia para cumplir con requisitos específicos.
• Reduce drásticamente los tiempos de entrega a través de justo a tiempo (JIT) y producción bajo demanda. En JIT, los productos se entregan directamente del proveedor a la empresa, evitando el almacén. La fabricación bajo demanda implica suministrar al cliente el producto adecuado cuando lo necesita.

Limitaciones de la impresión 3D

Aunque las ventajas de la tecnología de impresión 3D son muchas, los usuarios pueden encontrar algunas de estas limitaciones comunes.

• Ciertos artículos impresos en 3D, como los hechos con metal, son fuertes, pero la mayoría de los otros tienden a ser frágiles. La construcción capa por capa reduce la resistencia en un 10-50% en comparación con la construcción sustractiva.
• La falta de economías de escala en la impresión 3D hace que las producciones a gran escala sean más costosas. Además, la impresión 3D aún no es competitiva para la producción en grandes volúmenes.
• La precisión de las piezas impresas está determinada por la máquina y los métodos utilizados. Las impresoras convencionales con menos tolerancia a la desviación pueden producir componentes significativamente diferentes de los diseños.
• La mayoría de los artículos impresos en 3D requieren post-procesamiento. Esto puede incluir lijado o alisado para obtener un acabado deseado, eliminación de soportes para construir materiales en la forma deseada, tratamiento térmico para lograr cualidades materiales específicas o acabado final.
• A medida que la impresión 3D como tecnología está creciendo, un desafío importante que ralentiza su adopción es la falta de habilidad y experiencia en el campo.

Impresión 3D vs. moldeo por inyección vs. impresión de resina

La impresión 3D es un método de impresión aditiva que capa material para formar objetos. Aunque la impresión 3D es un proceso más lento en general, es más rápida de configurar y permite modificaciones frecuentes de diseño. Es más adecuada para diseños complicados.

El moldeo por inyección utiliza un molde lleno de material fundido que se solidifica al enfriarse para generar piezas. El proceso de moldeo por inyección es superior para la fabricación en masa con bajo desperdicio de material.

La impresión 3D de resina se conoce colectivamente como polimerización en cuba. Aquí, una resina fotopolimérica líquida se almacena en una cuba. La mayoría de las impresoras de resina incluyen lo que se conoce como una cuba, un contenedor con una hoja inferior transparente y flexible, llena de resina fotosensible que se cura o endurece cuando se expone a la luz UV.

La resina resulta en características más finas que cualquier impresora 3D regular, y el producto terminado a menudo requiere menos trabajo de post-procesamiento. En el lado negativo, las placas de construcción son a menudo más pequeñas, lo que impide la creación de objetos más grandes.

Cada proceso de producción tiene sus propios méritos, y pueden usarse en conjunto.

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