3D Printing – 2 de 8 –Tecnologías y materiales

articulo_oficial

Aunque no soy experto en tecnologías o materiales de fabricación aditiva, para seguir el hilo de todos estos artículos es crucial mencionar las tecnologías del 3D Printing.

Como mencionamos en el primer capítulo, el 3D Printing es una suma de muy distintas tecnologías. Hay que entenderlo como método de fabricación que es. En este capítulo explicamos ligeramente los conceptos más importantes.

La mayoría de las tecnologías se pueden clasificar en dos grupos principales, dependiendo de la estrategia de “impresión”:

  1. Deposición de material (capa a capa y/o punto a punto).
  2. Consolidación (fusión, sinterizado, curado…) del material final.

Pero estos dos conceptos son muy difíciles de entender sin mostrar en mayor detalle alguna tecnología en sí. Así que vamos allá.

A continuación, se muestra el listado de las fundamentales tecnologías de Fabricación Aditiva. Me he basado en la clasificación de 3DHubs, que es de las mejores que se pueden encontrar. Aún así, como en toda clasificación, puede haber variantes. También, es importante decir que al ser una tecnología en pleno desarrollo, ciertas variantes más actuales o en fase de investigación, no se incluyen.

No quiero detenerme en explicar cada una, por lo que os pongo enlaces a distintas fuentes de información donde podéis explorar en detalle. Lo que sí veréis en cada una es el material principal asociado a cada tecnología.

  1. Fotopolimerización
    • SLA (Stereolitography)
    • DLP (Digital Light Processing)
    • CDLP (Continuous Digital Light Processing)
  2. Extrusión
    • FDM (Fused Deposition Modeling)
  3. Material jetting
    • Plastic MJ
    • NanoParticle Jetting
    • Drop On Demand
    • Liquid Metal Printing
  4. Powder bed fusion
    • SLS (Selective Laser Sintering)
    • DMLS / SLM (Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting)
    • EBM (Electro Beam Melting)
    • Multi Jet Fusion
  5. Binder jetting
  6. Direct energy deposition
    • LENS (Laser Engineering Net Shape)
    • WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)
  7. Sheet lamination

  1. Fotopolimerización

Una resina fotosensible se va curando capa a capa mediante luz ultravioleta. Dentro de esta categoría hay varias sub-tecnologías, pero la más conocida (y también más antigua) es la Estereolitografía o SLA).

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Qué es la Estereolitografía

Superfast! Tecnología CLP de Carbon 3D

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  1. Extrusión

La más común de tecnologías (al menos a nivel usuario). También la más fácil de entender. Un filamento de plástico se funde y se extruye a través de una boquilla, depositándolo como una manga pastelera sobre una plataforma. Al enfriarse, el polímero se solidifica sobre sí mismo.

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Modelado por deposición fundida

Video muy ilustrativo

Como quizás imagine ya alguno, cuando se habla de impresión 3D de comida o Food 3D Printing, simplemente se refiere a una sofisticada churrera que va depositando la comida a través de una boquilla. Así que es FDM de comida. Es una churrera. Aquí un vídeo de una churrera: churrero en acción


  1. Material jetting

Una de las tecnologías más interesantes. Aunque desconocida por la mayor parte del público. Se trata de la tecnología más similar a la impresión de tinta en papel. Podríamos decir que consiste en depositar poco a poco gotas de material con aditivos, que en su interior contienen el material final de la pieza.

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Xjet, lanzando nanopartículas de metal embebidas en gotas de líquido


  1. Powder bed fusion

La joya de la corona para los ingenieros de estructuras como yo. La panacea de la ingeniería de fabricación avanzada. El líder actual de la fabricación aditiva, ya que es la más avanzada a la hora de fabricar productos finales en metal. Paso a paso

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La diferencia frente a otras tecnologías es que existe una cubeta que contiene el material final en forma de polvo, el cual se va consolidando poco a poco mediante un aporte energético controlado y preciso.

4-4-powderbed

Merece la pena explicar cada subcategoría por separado, ya que esta rama de tecnologías es normalmente la más complicada de entender de primeras.

4.1. SLS (Selective Laser Sintering)

Se deposita una finísima capa de polvo en una cuba, precalentada a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión de dicho polvo. Seguidamente, un láser sinteriza el polvo en los puntos seleccionados, causando que las partículas se fusionen y solidifiquen. Otra fina capa de polvo se vuelve a depositar y sinterizar, repitiéndose el proceso capa a capa hasta completar la altura de la pieza programada.

Nótese que, al sinterizarse, no estamos hablando de fusión y por lo tanto líquido, lo cual es crucial. Esta tecnología permite que el propio polvo de la cubeta sustente a la pieza final, por lo que no es necesario el uso de soportes. Esto se explicará en el capítulo 5.

SLS en Wikipedia

SLS en youtube

4.2. DMLS / SLM (Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting)

Por resumir, diremos que es similar a SLS, pero llegando al punto de fusión del material. Aquí sí o sí nos metemos en equipos industriales de alta tecnología y complejidad.

SLM en youtube

4.3. EBM (Electro Beam Melting)

Por resumir, diremos que es similar a SLM, pero la fuente energética no la aporta un láser, sino un haz de electrones. Como curiosidad, se produce en un entorno de vacío. Como yo vengo también de ingeniería de fatiga de estructuras, diré que es interesante las buenas propiedades finales que produce, con alta isotropía y buenas propiedades ante cargas de fatiga.

SLM vs EBM

4.4. Multi Jet Fusion

HP. Todo se traduce a esa marca. Se trata de una tecnología que el gigante americano ha estado desarrollando y anunciando a bombo y platillo durante años. Las primeras impresoras salieron a finales del año 2016, así que ahora tienen que probar su valía. Podríamos decir que se trata de una mezcla entre Material Jetting y Fusión de Polvo.

HP, ¿el futuro de la impresión 3D?


  1. Binder jetting

Similar a SLS, pero en este caso se usa un agente que se deposita gota a gota, por lo que en realidad también es una especia de combinación de tecnologías de las de anteriores.

5-binderjetting

5-5-binderjetting


  1. Direct energy deposition

Para mí es quizás la estrategia que mayor potencial tiene, al ser en esencia la más cercana al concepto primigenio de fabricación aditiva. Se trata de depositar metal justo donde se necesita y fundirlo ahí mismo. Es decir, se podría decir que es similar a FDM pero en metal, o que es una soldadura automatizada mejorada. El problema es que la precisión y el control son un quebradero de cabeza, por no decir la agresiva cantidad de energía que hay que aplicar sobre la pieza, generando tensiones térmicas altísimas. A día de hoy, tras este proceso se tiene que aplicar un mecanizado de desbaste muy considerable, por lo que si aplicación está muy limitada.

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Explicación de Loughborough University

Video auto-explicativo

Sciaky EBAM


  1. Sheet lamination

En el capítulo 1 mencionaba esos puzles 3D que se pusieron de moda hace años. Esta tecnología es similar a ese procedimiento.

7-sheetmetal

Explicación de Wikipedia

Un vídeo sencillo


En resumen

  • Existen muchas y muy diferentes tecnologías de fabricación aditiva (y más que veremos aparecer en el futuro).
  • Cada tecnología tiene asociados unos materiales con los que puede “trabajar”.
  • Cada tecnología tiene unas precisiones, velocidades y, en definitiva, parámetros de fabricación particulares.
  • Cada tecnología está asociada a unas máquinas, con diversos tamaños, precios y costes operativos.
  • Cada tecnología tiene unas reglas de diseño, así como sus propias limitaciones.
  • Los materiales de AM no son exactamente los mismos que para otras tecnologías. Al basarse sobretodo en tecnología de polvos, las propiedades difieren de, por ejemplo, un mecanizado.

javier_buhigas

Javier Buhigas

 

 

4 comentarios en “3D Printing – 2 de 8 –Tecnologías y materiales

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