Guía de diseño de impresión 3D

¿Cómo funciona la impresión 3D?

Cada impresora 3D construye piezas basándose en el mismo principio fundamental: un modelo digital se convierte en un objeto físico tridimensional agregando material una capa a la vez. De aquí proviene el término alternativo Fabricación aditiva.

La impresión 3D es una forma fundamentalmente diferente de producir piezas en comparación con la sustractiva tradicional (Mecanizado CNC ) o formativo (Moldeo por inyección ) tecnologías de fabricación.

En la impresión 3D, no se requieren herramientas especiales (por ejemplo, una herramienta de corte con cierta geometría o un molde). En cambio, la pieza se fabrica directamente en la plataforma construida capa por capa, lo que conduce a un conjunto único de ventajas y limitaciones; más sobre estoabajo .

El proceso siempre comienza con un modelo digital en 3D: el plano del objeto físico. Este modelo es cortado por el software de la impresora en capas delgadas bidimensionales y luego convertido en un conjunto de instrucciones en lenguaje de máquina (código G) para que la impresora las ejecute.

A partir de aquí, la forma en que funciona una impresora 3D varía según el proceso. Por ejemplo, escritorioImpresoras FDM Derrita los filamentos de plástico y colóquelos sobre la plataforma de impresión a través de una boquilla (como una pistola de pegamento de alta precisión controlada por computadora). GrandeSLS industrial Las máquinas utilizan un láser para fundir (o sinterizar) capas delgadas de polvos de metal o plástico.

Los materiales disponibles también varían según el proceso.Plástica son, con mucho, los más comunes, perorieles también se puede imprimir en 3D. Las piezas producidas también pueden tener una amplia gama de propiedades físicas específicas, que van desde objetos ópticamente transparentes hasta objetos similares al caucho.

Según el tamaño de la pieza y el tipo de impresora, una impresión suele tardar entre 4 y 18 horas en completarse. Sin embargo, las piezas impresas en 3D rara vez están listas para usar fuera de la máquina. A menudo requieren un procesamiento posterior para lograr el nivel deseado de acabado superficial. Estos pasos requieren tiempo adicional y esfuerzo (generalmente manual).

Una breve historia de la impresión 3D

•El autor de ciencia ficción,Arthur C. Clarke , fue el primero en describir las funciones básicas de una impresora 3D en 1964.

•La primera impresora 3D fue lanzada en 1987 por Chuck Hull de 3D Systems y utilizaba la \"estereolitografía \" (SLA ) proceso.

•En los años 90 y 2000 se lanzaron otras tecnologías de impresión 3D, que incluyenFDMpor Stratasys ySLS por 3D Systems. Estas impresoras eran caras y se utilizaban principalmente para la creación de prototipos industriales.

•En 2009, elComité F42 de ASTM publicó un documento que contiene la terminología estándar sobre fabricación aditiva. Esto estableció la impresión 3D como una tecnología de fabricación industrial.

•En el mismo año, expiraron las patentes de FDM y nacieron las primeras impresoras 3D de escritorio de bajo costo.Proyecto RepRap .Lo que una vez costó $ 200,000, de repente estuvo disponible por menos de $ 2,000.

•De acuerdo a Wohlers La adopción de la impresión 3D sigue creciendo: más de 1 millón de impresoras 3D de escritorio se vendieron en todo el mundo entre 2015 y 2017 y las ventas de impresoras industriales de metal casi se duplicaron en 2017 en comparación con el año anterior.

Impresión 3D: más allá del bombo publicitario

Entonces, ¿dónde está la impresión 3D hoy? ¿Se acabó el bombo? Bien,tal vez pero...

La exageración de los años anteriores se basó en la idea de una adopción generalizada por parte del consumidor. Esta fue (y sigue siendo) una interpretación engañosa de dónde la tecnología realmente agrega valor.

La impresión 3D hoy en día ha encontrado roles muy específicos en el mundo de la fabricación. Las expectativas infladas de los años anteriores han dado lugar a una mayor productividad. Muchos aspectos de la tecnología son ahora comunes y adoptados tanto por profesionales como por aficionados.

Por supuesto, la impresión 3D es una tecnología en evolución. Cada año se lanzan nuevas impresoras 3D que pueden tener un impacto significativo en la industria. Por ejemplo, HP lanzó su primer sistema de impresión 3D relativamente tarde (en 2016), pero resultó ser uno de losimpresoras 3D industriales más populares ya en 2017.

Beneficios y limitaciones de la impresión 3D

Es importante comprender que la impresión 3D es unadesarrollando rápidamente tecnología. Viene con un conjunto único de ventajas, pero también está rezagado con respecto a la fabricación tradicional en algunos aspectos.

Aquí resumimos los beneficios y limitaciones más importantes de la impresión 3D, teniendo en cuenta los pros y los contras de todas las tecnologías de impresión 3D disponibles actualmente. Úselos para comprender dónde se encuentra la impresión 3D hoy y hacia dónde se dirige en el futuro cercano.

•Complejidad geométrica sin costo adicional

La impresión 3D permite la fabricación fácil de formas complejas, muchas de las cuales no pueden producirse mediante ningún otro método de fabricación.

La naturaleza aditiva de la tecnología significa que la complejidad geométrica no tiene un precio más alto. Las piezas con geometría compleja u orgánica optimizadas para el rendimiento cuestan tanto para la impresión en 3D como las piezas más simples diseñadas para la fabricación tradicional (y, a veces, incluso más baratas, ya que se utiliza menos material).

•Costos de puesta en marcha muy bajos

En la fabricación formativa (pienseMoldeo por inyección y fundición de metales) cada pieza requiere un molde único. Estas herramientas personalizadas tienen un precio elevado (de miles a cientos de miles cada una). Para recuperar estos costos, se fabrican miles de piezas idénticas.

Dado que la impresión 3D no necesita herramientas especializadas, esencialmente no hay costos iniciales. El costo de una pieza impresa en 3D depende solo de la cantidad de material utilizado, el tiempo que tardó la máquina en imprimirla y el posprocesamiento, si corresponde, necesario para lograr el acabado deseado.

•Personalización de todas y cada una de las piezas

¿Alguna vez te has preguntado por qué compramos nuestra ropa en tallas estandarizadas? Por las razones que acabamos de mencionar, con la fabricación tradicional, es simplemente más barato fabricar y vender productos idénticos al consumidor.

Sin embargo, la impresión 3D permite una fácil personalización. Dado que los costos iniciales son tan bajos, solo es necesario cambiar el modelo digital 3D para crear una pieza personalizada. ¿El resultado? Todos y cada uno de los elementos se pueden personalizar para satisfacer las necesidades específicas de un usuario sin afectar los costos de fabricación.

•Creación de prototipos de bajo costo con una respuesta muy rápida

Uno de los principales usos de la impresión 3D en la actualidad es la creación de prototipos, tanto para la forma como para la función. Esto se hace a una fracción del costo de otros procesos y a velocidades con las que ninguna otra tecnología de fabricación puede competir:

Las piezas impresas en una impresora 3D de escritorio suelen estar listas durante la noche y los pedidos realizados a un servicio profesional con grandes máquinas industriales están listos para su entrega en 2-5 días.

La velocidad de la creación de prototipos acelera enormemente el ciclo de diseño (diseñar, probar, mejorar, rediseñar). Los productos que requerirían más de 8 meses para desarrollarse, ahora pueden estar listos en solo 8-10 semanas.

•Amplia gama de materiales (especiales)

Los más comunesMateriales de impresión 3D hoy en día se utilizan los plásticos. La impresión 3D de metales también encuentra un número creciente de aplicaciones industriales.

La paleta de impresión 3D también incluye materiales especiales conpropiedades adaptado para aplicaciones específicas. Hoy en día, las piezas impresas en 3D pueden tener alta resistencia al calor, alta resistencia o rigidez e incluso ser biocompatibles.

Los materiales compuestos también son comunes en la impresión 3D. Los materiales se pueden rellenar con partículas de metal, cerámica, madera o carbono, oreforzado con fibras de carbono . Esto da como resultado piezas con propiedades únicas adecuadas para aplicaciones específicas.

Limitaciones de la impresión 3D

•Propiedades de material anisotrópico y de menor resistencia

Generalmente, las piezas impresas en 3D tienen propiedades físicas que no son tan buenas como el material a granel: dado que se construyen capa por capa, son más débiles y más frágiles en una dirección en aproximadamente un 10% a 50%.

Debido a esto, las piezas de plástico impresas en 3D se utilizan con mayor frecuencia para aplicaciones funcionales no críticas.s.DMLS y SLM aunque puede producir piezas metálicas impresas en 3D con excelentes propiedades mecánicas (a menudo mejores que el material a granel).Por esta razón, han encontrado aplicaciones en las industrias más exigentes, como la aeroespacial.

•Menos competitivo en costos a mayores volúmenes

La impresión 3D no puede competir con los procesos de fabricación tradicionales cuando se trata de grandes tiradas de producción. La falta de una herramienta o molde personalizado significa que los costos de puesta en marcha son bajos, por lo que los prototipos y una pequeña cantidad de piezas idénticas (hasta diez) se pueden fabricar de manera económica. Sin embargo, también significa que el precio unitario disminuye solo ligeramente en cantidades más altas, por lo que las economías de escala no pueden activarse.

En la mayoría de los casos, este punto de inflexión se sitúa en torno a las 100 unidades, según el material, el proceso de impresión 3D y el diseño de la pieza. Después de eso, otras tecnologías, como el mecanizado CNC y el moldeo por inyección, son más rentables.

•Precisión y tolerancias limitadas

La precisión de las piezas impresas en 3D depende del proceso y la calibración de la máquina. Normalmente, las piezas impresas en una impresora 3D FDM de escritorio tienen la precisión más baja y se imprimirán con tolerancias de ± 0,5 mm. Esto significa que si diseña un agujero con un diámetro de 10 mm, su diámetro real después de la impresión será de entre 9,5 mm y 10,5 mm.

Otros procesos de impresión 3D ofrecen una mayor precisión. Las impresoras industriales de inyección de material y SLA, por ejemplo, pueden producir piezas de hasta ± 0,01 mm. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos resultados solo se pueden lograr después de la optimización para características específicas en una pieza bien diseñada.

Las piezas metálicas impresas en 3D para aplicaciones críticas a menudo se terminan mediante mecanizado CNC u otro proceso después de la impresión, para mejorar sus tolerancias y el acabado de la superficie.

•Posprocesamiento y eliminación de soporte

Las piezas impresas rara vez están listas para usarse fuera de la impresora. Por lo general, requieren uno o máspasos de posprocesamiento .

Por ejemplo, la eliminación de soporte es necesaria en la mayoría de los procesos de impresión 3D. Las impresoras 3D no pueden agregar material en el aire, por lo queapoya son estructuras que se imprimen con la pieza para agregar material debajo de un voladizo o para anclar la pieza impresa en la plataforma de construcción.

Cuando se quitan, a menudo dejan marcas o imperfecciones en la superficie de la parte con la que entraron en contacto. Estas áreas necesitan operaciones adicionales (lijado, alisado, pintura) para lograr un acabado superficial de alta calidad.

Cómo seleccionar el proceso de impresión 3D correcto

Seleccionar el proceso de impresión 3D óptimo para una aplicación en particular puede resultar complicado. A menudo, hay más de un proceso que es adecuado y cada uno de ellos ofrece diferentes beneficios, como una mayor precisión dimensional, propiedades superiores del material o un mejor acabado superficial.

Por esta razón, hemos preparado herramientas de toma de decisiones y pautas generalizadas para ayudarlo a seleccionar el proceso de impresión 3D correcto.

Generalmente, hay tres cosas principales que siempre debes considerar:

•Las propiedades requeridas del material: fuerza, dureza, resistencia al impacto, etc.

•Los requisitos de diseño funcional y visual: superficie lisa, fuerza, resistencia al calor, etc.

•Las capacidades del proceso de impresión 3D: precisión, volumen de impresión disponible, altura de capa, etc.

Si aún no tiene claro el proceso de su pieza, contáctenosenquiry@best-prototypes.com para nuestra evaluación y recomendación.