¿Cómo seleccionar una impresora 3D para su planta?
Los avances en la fabricación aditiva están moviendo la tecnología en la dirección de fabricar piezas listas para la producción. Pero antes de invertir en la impresión 3D, tómese un tiempo para comprender los diferentes tipos de equipos y materiales.
Una vez que una tecnología novedosa utilizada por algunas empresas de vanguardia para hacer prototipos de piezas, la impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, ahora se considera una tecnología principal para la planta de producción.
Una buena opción para las industrias automotriz, aeroespacial y médica, la impresión 3D también es perfecta para el trabajo personalizado. La primera propuesta de valor de la impresión 3D siempre ha sido su capacidad para acortar los ciclos de desarrollo de producción, con diseñadores e ingenieros que utilizan la impresión 3D para producir prototipos rápidos. La tecnología y los materiales luego evolucionaron para tomar prototipos impresos en 3D y usarlos de manera funcional para las pruebas. Ahora, la industria está trasladando la impresión 3D a una función de soporte de producción, aprovechando las impresoras para fabricar plantillas, accesorios o herramientas de extremo de brazo personalizadas para un proceso de trabajo en particular.
Un ejemplo de una empresa que trabaja con esta última etapa de la tecnología de impresión 3D es Ecco, una empresa familiar de calzado que ha estado en el negocio desde 1963. Ecco es dueña de cada paso de su proceso de fabricación de calzado tradicionalmente manual. Por lo general, la suela se moldea y luego se ensambla a mano y se pega a la parte superior del zapato. Al aplicar el proceso de inyección directa (DIP) usando una mezcla de poliuretano de dos componentes, Ecco ahora puede crear una unión de 360 grados de una sola pieza que asegura la parte superior del zapato a la entresuela.
El problema aquí es que la fabricación de moldes para el proceso DIP a partir de aluminio CNC conlleva largos plazos de entrega y es un proceso de herramientas costoso. No es una forma eficiente de hacerlo cuando se implementan múltiples diseños. Entonces, Ecco recurrió a Origin One de Stratasys, una impresora 3D que permite la producción flexible de piezas de uso final en una amplia gama de materiales de alto rendimiento. Usando su tecnología de fotopolimerización programable (P3), una evolución del procesamiento de luz digital (DLP), la impresora logra precisión, consistencia, detalle y rendimiento.
En este ejemplo, la impresora 3D sigue desempeñando un papel de apoyo, pero es un trampolín hacia el objetivo final de las piezas listas para la producción. “El área emergente y el santo grial de la industria es la producción de piezas de uso final para una determinada aplicación, omitiendo el proceso de herramientas tradicional y reduciendo meses del tiempo del ciclo”, dijo Rich Garrity, presidente de Stratasys para las Américas.
De hecho, Stratasys ya tiene algunos casos de uso temprano de empresas que hacen esto. “Ahora podemos imprimir más materiales de alto rendimiento o exóticos que pueden ir en un avión comercial, por ejemplo”, dijo Garrity. "Mejores materiales y un proceso más repetible harán que los fabricantes utilicen [impresión 3D] para la producción".
Selección de impresora
En este punto, no hay absolutamente ninguna duda de que la impresión 3D está llegando a la planta de producción. Ahora, la pregunta que los fabricantes deben considerar es: ¿Qué tipo de impresora 3D usar?
Una búsqueda rápida en Internet de "impresoras 3D" ofrece una sopa de letras de siglas: SLA, SLS, FDM, MFJ, DMLS y muchas otras. Es difícil saber cuáles son estas tecnologías y mucho menos si son adecuadas para su aplicación.
Foto cortesía Proto Labs
“En términos generales, decidir qué proceso de impresión 3D utilizar se reduce a los requisitos del material, como la durabilidad y la resistencia a la temperatura, así como a los requisitos de diseño, incluido el tamaño de la característica, la resolución, el tamaño de la pieza, etc.”, dijo Rachel Hunt, Gerente de impresoras 3D en ProtoLabs, que proporciona una fabricación rápida de piezas personalizadas de bajo volumen impresas en 3D, mecanizadas con CNC, de chapa metálica y moldeadas por inyección para la creación de prototipos y la producción de tiradas cortas.
Garrity está de acuerdo. “En la industria de la impresión 3D no existe una solución única. No existe un proceso que resuelva todas las aplicaciones que interesan a los clientes. La realidad es que [la impresión 3D] se está utilizando en cada etapa del desarrollo del producto, diseño, prototipo y soporte de producción. Por lo tanto, depende de determinar primero qué problema está tratando de resolver para guiarse hacia la tecnología adecuada.
Liz Stortstrom, ingeniera de aplicaciones de HP agrega: “Cuando nos adentramos en el espacio de los aditivos, no estamos hablando de reemplazar todos los demás procesos, queremos usarlo como una herramienta para complementar los procesos que ya está usando. Averigüe cómo usarlo estratégicamente para complementar estos otros métodos para obtener los mejores resultados”.
De vuelta a lo fundamental
Un buen primer paso es entender todas esas siglas. A continuación, se incluye una lista de tecnologías de impresión 3D populares y una explicación rudimentaria de lo que hacen, los materiales utilizados y los usos sugeridos:
La estereolitografía (SLA) es la primera tecnología de impresión 3D comercializada, inventada por Chuck Hull, cofundador y director de tecnología de 3D Systems, en la década de 1980. Según 3D Systems, utiliza un láser ultravioleta para curar con precisión secciones transversales de fotopolímeros, transformándolos de líquido a sólido. Las piezas se construyen directamente a partir de datos CAD, capa por capa en prototipos, patrones de microfusión, herramientas y piezas de uso final. Una vez que se completa el proceso de impresión SLA, las piezas SLA se limpian en una solución solvente para eliminar cualquier resto de resina sin curar de la superficie de la pieza. Las piezas limpias luego se curan en un horno UV.
· Material—Fotopolímeros. Los materiales SLA están disponibles en una amplia gama de propiedades mecánicas y pueden producir piezas con características similares al ABS moldeado por inyección o al polipropileno.
· Adecuada para aplicaciones tales como ensamblajes de encaje a presión, componentes de estilo automotriz y patrones.
Dos servicios populares de impresión 3D en Proto Labs: SLA permite más características cosméticas, mientras que SLS brinda un impulso en la durabilidad.Foto cortesía Proto Labs
La sinterización selectiva por láser (SLS) es una tecnología de impresión 3D basada en polvo que utiliza un láser para fusionar capas de material en una pieza final. El láser traza el patrón de cada sección transversal de un diseño 3D en un lecho de polvo. Después de que se construye una capa, la plataforma de construcción baja y se construye otra capa encima de la capa anterior. Este proceso continúa hasta que se construye cada capa y se completa la pieza.
· Material—Termoplásticos. Según 3D Systems, SLS realmente brilla cuando necesita piezas de plástico duraderas. SLS utiliza materiales de nailon de grado de producción, lo que da como resultado piezas duraderas y funcionales que duran.
· SLS es la tecnología elegida para una variedad de aplicaciones funcionales, como plantillas y accesorios, carcasas, ajustes a presión, bisagras vivas y otras juntas mecánicas.
La sinterización directa de metal por láser (DMLS) crea piezas metálicas complejas de alta calidad a partir de datos CAD en 3D. En la máquina, un láser de alta precisión se dirige a las partículas de polvo de metal para acumular selectivamente finas capas horizontales de metal, una tras otra.
· Material—Metales. DMP da forma a cualquier geometría de pieza de metal deseada fundiendo polvo de metal capa por capa.
· A menudo utilizada en aplicaciones aeroespaciales, es una buena tecnología para la producción de formas pequeñas y complejas.
La tecnología Fused Deposition Modeling (FDM) desarrollada por el fundador de Stratasys, Scott Crump, hace más de 20 años, funciona con impresoras 3D especializadas y termoplásticos de grado de producción para construir piezas resistentes, duraderas y dimensionalmente estables con la mayor precisión y repetibilidad de cualquier tecnología de impresión 3D. La impresora toma un carrete de filamento de plástico, lo derrite y lo extruye en una bandeja.
· Materiales: termoplásticos de grado industrial, lo que hace que las piezas resultantes sean extremadamente resistentes.
· Las piezas impresas en 3D FDM se encuentran en automóviles, aviones, dispositivos médicos y más.
Multi Jet Fusion (MJF) es una tecnología de impresión 3D de fusión de lecho de polvo desarrollada por HP. es similar a SLS en que la impresora coloca una capa de material en polvo sobre la cama de impresión, luego un cabezal de inyección de tinta deja caer agentes de fusión sobre la cama de impresión de material. Sin ataduras, solo controlando en qué parte de la cama de impresión se absorbe más energía de las lámparas infrarrojas superiores. El proceso continúa capa por capa hasta que se completa la construcción.
· Materiales—Termoplásticos. La opción de material más común de MJF son los polvos de nylon PA 12, PA 11, pero la variedad de materiales disponibles se ha ampliado a lo largo de los años.
· MJF puede lograr piezas de alta resistencia y el proceso general es eficiente y rápido, por lo que es bueno para aplicaciones de mayor volumen.
En última instancia, la decisión sobre qué tecnología usar tiene que ver con el proceso y los materiales utilizados. Y los materiales que elija se basan en las propiedades mecánicas, la resistencia, la flexibilidad, el medio ambiente y cualquier certificación que pueda necesitar, como inflamabilidad o biocompatibilidad, señaló Stortstrom de HP.
“El proceso influye en diferentes factores como la fuerza y la isotropía, lo que significa que puede obtener la misma fuerza verticalmente que horizontalmente”, explicó Stortstrom durante una presentación en Robotics Summit & Expo en mayo. “Eso es algo importante a tener en cuenta al evaluar diferentes tecnologías”.
A su servicio
Si la idea de comprar una impresora 3D todavía te parece confusa, aún tiene opciones intermedias. Empresas como Stratasys y Proto Labs ofrecen servicios de impresión 3D para ayudarles a las organizaciones con la creación rápida de prototipos y piezas de producción.
Stratasys ofrece siete tecnologías aditivas, incluida su nueva tecnología de fusión por absorción selectiva (SAF) para componentes con geometrías complejas, en su servicio de fabricación bajo demanda. Esto les brinda a las tiendas más pequeñas la ventaja de la tecnología de impresión 3D de vanguardia sin los gastos operativos. Los fabricantes más grandes pueden usar un enfoque híbrido y tener algunas impresoras en el sitio, pero usan el servicio Stratasys Direct para las necesidades de desbordamiento.
“Manejamos bancos de nuestras impresoras y simplemente nos envían un archivo CAD y lo producimos para ellos”, dijo Garrity.
Impresora 3D Stratasys Origin One hace moldes para zapatos para la firma de calzado Ecco.Foto cortesía de Stratasys
Del mismo modo, el servicio de impresión 3D en línea de Proto Labs consta de seis tecnologías de impresión 3D y una amplia selección de materiales. La empresa ofrece varias opciones de posprocesamiento para mejorar la apariencia o mejorar las propiedades mecánicas. Con 120 impresoras, Proto Labs puede tomar un archivo 3D y convertirlo en piezas de plástico, metal y elastómero en cuestión de días.
Independientemente del enfoque, una cosa es segura: la impresión 3D es una tecnología clave para la manufactura moderna.
“La impresión 3D seguirá siendo la herramienta similar a la 'navaja suiza' que se utiliza cuando surge la necesidad y es emocionante”, dijo Hunt de Proto Labs. “Afortunadamente, está aquí para ayudar a resolver muchos desafíos de fabricación, desde el concepto hasta el prototipo funcional, desde la pieza de uso final hasta la pieza de repuesto al final de su vida útil. Será especialmente una herramienta de manufactura que los ingenieros emergentes sabrán que pueden aprovechar. La I+D en torno a materiales e impresoras continúa ampliando las opciones disponibles”.
De hecho, Garrity cree que el próximo paso para la impresión 3D es establecer una infraestructura que permita la adopción a una escala mucho mayor, lo que significa que el ecosistema de tecnologías, materiales y software se conectan a otros sistemas en el taller. “Veremos celdas de impresoras 3D trabajando con automatización y robots tomando partes de la máquina para moverla al siguiente proceso posterior para un rendimiento mucho mayor”, concluyó.
Foto cortesía Proto Labs
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