¡Todo lo que necesitas saber sobre la impresión 3D!
Cuando hablamos de diferentes segmentos de mercado, la impresión 3D es una de las tecnologías más extendidas. Sin embargo, cuando comenzamos a explorar su significado conceptual e historia, aún queda mucho por conocer.
Este artículo iniciará una discusión en profundidad sobre la historia de la impresión 3D, sus principales mercados, procesos y materiales utilizados.
Sin más dilación, ¡comencemos la discusión!
Resumen de la historia de la impresión 3D
La historia de la impresión 3D se remonta a la década de 1980 en Japón, cuando Hideo Kodama buscaba una manera de crear un sistema de creación de prototipos acelerado y más rápido. Fue uno de los primeros intentos de encontrar un enfoque capa por capa que también pudiera aplicarse a la fabricación. Como resultado de sus experimentos, Hideo desarrolló un enfoque diferenciado adecuado para la fabricación, que implicaba el uso de una resina fotosensible. Además, fue polimerizado con la ayuda de luz ultravioleta. Aunque su invento aún no está patentado, se le atribuye ser el primer inventor de los primeros sistemas de fabricación por impresión 3D.
El principal crecimiento de la impresión 3D se vio entre 1990 y 2010 cuando miles de empresas y nuevas empresas comenzaron a experimentar con diferentes tecnologías de fabricación aditiva. Por lo tanto, esta década marca el comienzo de desarrollos significativos en la tecnología de impresión 3D, especialmente en la fabricación.
Los principales métodos de impresión 3D.
La tecnología de impresión 3D abarca una serie de procesos de fabricación diferentes en los que los materiales necesarios se construyen capa por capa. De cualquier forma, los procesos de impresión 3D existentes ofrecen al diseñador un amplio abanico de posibilidades, facilitándole la elección del proceso más idóneo y adecuado. Estos son algunos de los principales procesos de impresión 3D:
Estereolitografía (SLA)
También conocida como el proceso de impresión 3D industrial original, la estereolitografía es ideal para producir piezas con gran detalle y una superficie lisa. La calidad resultante de las piezas de estereolitografía se ve bien y puede ayudar a probar la función y el ajuste del conjunto. Este proceso de impresión se utiliza, entre otras cosas, en medicina y para modelos anatómicos.
Fusión de Chorros Múltiples
Este proceso es muy similar a los métodos anteriores, ya que ayuda a crear piezas funcionales con polvo de nailon. En la fusión de chorro múltiple, las impresoras de inyección de tinta se utilizan para aplicar el agente de fusión a la capa de polvo de nailon. Después de construir esta capa, se pasa un elemento calefactor sobre las capas individuales para fusionarlas. En comparación con otros procesos, este proceso también es más fácil de manejar mecánicamente y ofrece una mejor calidad superficial. Por lo tanto, este método es ideal ya que combina las ventajas de los métodos tradicionales con la aceleración del tiempo de construcción, lo que se traduce en una mejor calidad de producción.
PoliJet
Es un proceso de impresión 3D popular que permite la creación de piezas con diferentes propiedades, incluidos materiales y colores. Con este método, los diseñadores pueden mejorar la tecnología para la producción de piezas y prototipos moldeados por inyección. Sin embargo, el diseño es uniforme y rígido. Por lo tanto, lo ideal suele ser ceñirse a los procedimientos convencionales. Cuando el proceso también incluye la creación de prototipos de la estructura existente, este proceso elimina la necesidad de invertir en los primeros ciclos de desarrollo y diseñar más rápido para ahorrar los recursos necesarios.
Sinterización selectiva por láser (SLS)
La sinterización selectiva por láser es un proceso de impresión 3D que funde polvo a base de nailon y lo convierte en plástico sólido. Debido a que este proceso crea piezas a partir de material termoplástico real, el material resultante también es duradero e ideal para pruebas funcionales. En comparación con otros métodos, las piezas producidas con este método son sólidas, pero tienen una superficie más rugosa. Este proceso también elimina la necesidad de una estructura de soporte, lo que lo hace ideal para volúmenes más grandes que no son comunes con otros procesos de impresión 3D.
fusión de haz de electrones
La fusión de haces de electrones es otro proceso de impresión 3D importante. Es muy popular porque utiliza un haz de electrones regulado y controlado por una bobina electromagnética que ayuda a derretir el polvo metálico. Esto aumenta la temperatura del lecho de pintura y estabiliza las condiciones de vacío durante la acumulación. La temperatura también determina el material utilizado para fundir las piezas. Otra razón por la que la fusión por haz de electrones está tan extendida es que ayuda a integrar la tecnología de impresión 3D para que los recursos utilizados en el proceso no se desperdicien.
Procesamiento de luz digital (DLP)
Este proceso es muy similar a la Sinterización Selectiva por Láser en que ayuda a mejorar la calidad de la resina líquida con la ayuda de la luz. La principal diferencia entre los dos métodos es que el procesamiento de luz digital utiliza pantallas de proyección de luz digital. Por el contrario, el otro método utiliza un láser UV. Esto significa que la tecnología de procesamiento de luz digital utiliza impresoras 3D que pueden producir una capa completa de imágenes a la vez, lo que aumenta la velocidad general de construcción. Si bien esta técnica se usa a menudo para acelerar el proceso de creación de prototipos, también es útil para la producción de unidades de bajo volumen, incluidas las piezas de plástico.
Modelado por Deposición Fundida (FDM)
Es uno de los procesos de impresión 3D de escritorio más comunes utilizados específicamente para piezas de plástico. El modelado por deposición fundida también es un proceso de difusión económico y comparable cuando es necesario realizar modelos físicos. Cualquier impresora 3D utilizada para el modelado por deposición fundida ayuda a extruir filamentos de plástico al fragmentar las capas individuales y construir la plataforma completa. Este método también es ideal para pruebas funcionales, pero la tecnología suele estar limitada ya que las piezas tienen una superficie de referencia relativa y una resistencia insuficiente.
Sinterización directa de metal por láser
Es un proceso de impresión 3D de metal que amplía las posibilidades existentes y posibles para el diseño de piezas metálicas. Este proceso se usa más comúnmente para reducir el volumen de metal utilizado en el procesamiento y para ensamblar funciones de múltiples partes en un solo componente. Además, también es ideal para la fabricación de componentes ligeros con canales internos con características especialmente diseñadas. Este proceso también es ideal para la creación de prototipos y la producción porque utiliza piezas que son lo suficientemente densas para sobrevivir a los procesos tradicionales de fabricación de metales, como la fundición y el mecanizado. Por lo tanto, la producción de componentes metálicos mediante sinterización directa de metal por láser también es ideal para aplicaciones donde el diseño de piezas con una estructura orgánica es un requisito clave.
Principales materiales para la impresión 3D
La variedad de materiales principales para la impresión 3D es tan amplia como los métodos que presentamos en la última sección. Estos son los principales materiales de impresión utilizados en los procesos de impresión 3D estándar
plástico
El plástico es uno de los materiales más utilizados para la impresión 3D, ya que es un material diverso para industrias como la de los juguetes y la del hogar. Los productos fabricados en plástico mediante tecnología de impresión 3D permiten construir productos con forma transparente y colores vivos, que son los más leídos y especialmente apreciados por su textura brillante. También es una opción comparativamente asequible, ya que es liviana y de bolsillo tanto para desarrolladores como para consumidores. Además, los productos de plástico fabricados con impresoras 3D se presentan en diversas formas y consistencias, lo que contribuye a una mayor diversificación del campo de aplicación.
A la hora de clasificar los tipos de plástico utilizados en la impresión 3D, se hace una distinción entre los siguientes:
Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS)
Es una de las opciones más sólidas y seguras, especialmente para uso doméstico u otro uso personal, incluida la aplicación de impresora 3D. También se conoce como plástico LEGO porque su material base consiste en estructuras similares a fideos que brindan flexibilidad y resistencia. Debido a esta propiedad especial, este tipo de plástico también es ideal para productos como juguetes y pegatinas.
Policarbonato (PC)
Si bien es menos popular que otros plásticos, el policarbonato ofrece a los diseñadores diseños de boquillas únicos que solo son posibles a altas temperaturas. Además de muchas otras categorías de productos, el policarbonato también es adecuado para la producción de carcasas moldeadas y plásticos de bajo costo, lo que lo hace ideal para estas industrias en particular.
Plástico de alcohol polivinílico (PVA)
El plástico de alcohol polivinílico se usa comúnmente en impresoras domésticas de bajo costo porque generalmente es un sustrato adecuado para materiales con suficiente sostenibilidad y visibilidad. Sin embargo, el plástico de alcohol polivinílico no es adecuado para productos que requieren una alta resistencia, pero es una opción rentable cuando se trata de fabricar artículos que solo están destinados a usarse temporalmente.
Polilactida (PLA)
Esta es una de las opciones más respetuosas con el medio ambiente para un material apto para la impresión 3D. Este ácido se deriva de fuentes naturales como el almidón de maíz y la caña de azúcar y, a menudo, está disponible en formas duras y blandas. Además, está hecho de materiales sólidos y, por lo tanto, es adecuado para una amplia gama de productos. Por ello, suele ser considerada por técnicos y diseñadores como una de las opciones más versátiles y respetuosas con el medio ambiente para los procesos de impresión 3D, incluido el uso de plástico.
Polvo
Incluso con los procesos de impresión 3D modernos, a menudo se utilizan diferentes tipos de polvo para crear una amplia gama de productos. Sin embargo, teniendo en cuenta cómo funcionan las impresoras 3D, los polvos generalmente se derriten y se extienden en capas hasta lograr el grosor, la textura y el patrón deseados. Este polvo puede venir en diferentes formas y de diferentes fuentes y materiales. Sin embargo, algunos de los más comunes incluyen los siguientes:
Poliamida (PA)
Conocido por su fuerza y flexibilidad, este tipo de polvo permite altos niveles de detalle en la fabricación de productos impresos en 3D. También es ideal para ensamblar piezas y entrelazar diferentes piezas para crear modelos impresos en 3D. Además, es útil para imprimir todo, desde manijas y pestillos hasta figuras creativas y autos de juguete.
aluminio
Alumide es una mezcla de aluminio gris, polvo de aluminio y poliamida, lo que lo convierte en uno de los modelos impresos en 3D más estables. Además, tiene una textura granulosa y arenosa, lo que lo hace ideal para modelos y prototipos industriales que requieren alta resistencia. Además, en forma de polvo, es comparativamente más fácil de transportar y moldear en cualquier forma deseada que necesite un producto. Por lo tanto, es de mayor valor en comparación con otras formas de polvo comúnmente utilizadas en la impresión 3D.
Resina sintética
Las resinas sintéticas son uno de los materiales menos utilizados en la impresión 3D. En comparación con otros materiales, las resinas se utilizan para aplicaciones limitadas y ofrecen seguridad y resistencia limitadas al producto final. Están hechos de polímeros líquidos que tienen una exposición más prolongada a la luz ultravioleta y, por lo tanto, generalmente están disponibles en versiones en blanco, negro y transparente. Sin embargo, también se pueden fabricar diferentes productos y variantes en los colores naranja, rojo, azul y verde. Las resinas se clasifican típicamente en tres categorías diferentes, incluidas las siguientes
resinas pintables
Se trata de impresiones 3D de superficie lisa conocidas por su estética y resistencia. Estas resinas también se utilizan para crear detalles faciales como B. para representar hadas, que a menudo son difíciles de alcanzar.
resina transparente
Esta es la categoría de resina más importante, ya que es la más adecuada para productos impresos en 3D. Se caracterizan por una superficie lisa y un aspecto transparente, lo que los convierte en la opción ideal para las resinas sintéticas. Sin embargo, las variantes claras y coloreadas de las resinas transparentes se utilizan más comúnmente para la fabricación de piezas de ajedrez, figuritas y pequeños accesorios para el hogar, que suelen tener superficies transparentes.
Resinas muy detalladas
Estos se utilizan generalmente para modelos pequeños que necesitan tener detalles intrincados y finos. Por ejemplo, las resinas muy detalladas se usan más comúnmente para producir dedos de 4 pulgadas que contienen estructuras de vestuario complejas y detalles impresos con esta categoría de resina.
metales
Los metales también se encuentran entre los materiales más populares para la impresión 3D. Se utilizan más comúnmente en la sinterización directa de metal por láser y otros procesos apropiados. Las técnicas que utilizan metales incluyen la fabricación de equipos aeroespaciales que requieren la impresión 3D de metales pesados para acelerar y simplificar el diseño de piezas. Los metales también se utilizan comúnmente en la fabricación de joyas. En tales casos, la producción debe ser rápida y en grandes cantidades. Por lo tanto, existe la oportunidad de crear un trabajo más detallado utilizando la tecnología de impresión 3D.
El uso de metales en la impresión 3D se usa más comúnmente en la industria aeroespacial para fabricar inyectores de combustible para motores a reacción. Se estima que la producción aumentará un 2020 % para 10, lo que indica el aumento del uso de metales en la impresión 3D en la industria aeroespacial. En el proceso de impresión, los metales ayudan a lograr cierta dureza, por lo que los impresores pueden utilizar estos materiales directamente para fabricar piezas metálicas. Una vez que el producto ha llegado al procesamiento final, se electropule y pasa al siguiente segmento de mercado.
Fibra de carbon
La fibra de carbono es un material compuesto que se utiliza en impresoras 3D como capa superior sobre materiales plásticos. El objetivo principal del uso de fibra de carbono en la impresión 3D es reforzar el plástico, ya que la combinación proporciona una alternativa más rápida y conveniente al metal.
Papel
El papel se utiliza en la impresión 3D cuando los diseños requieren un prototipo más realista que las ilustraciones 2D. Tales integraciones permiten que los modelos impresos en 3D transmitan la idea principal del diseño con mayor precisión y detalle. Además, hace que el producto final sea convincente y atractivo, y da una mejor idea de la genialidad técnica que se utilizó en los procesos para lograr el resultado deseado.
grafito
Si bien no se encuentra entre los materiales de impresión 3D más convencionales, el grafito está ganando popularidad lentamente debido a su conductividad y resistencia. Este material es ideal para fabricar productos que requieren mucha mayor flexibilidad, como B. paneles solares y piezas de construcción.
Materiales para altas temperaturas en impresión 3D
En la impresión 3D, especialmente en el modelado por deposición fundida, los materiales de alta temperatura juegan un papel importante ya que son los prospectos más exigentes. Estos materiales normalmente requieren temperaturas más altas que los materiales normales y tienen propiedades termoquímicas y mecánicas excepcionales. Algunos de los materiales de alta temperatura más conocidos para la impresión 3D incluyen los siguientes materiales.
Cetona de polietercetona (PEEK)
La polietercetonacetona es una de las alternativas más populares para aplicaciones que permiten un fácil procesamiento con un material amorfo. Conocido popularmente como PEEK, proporciona una capa de adhesión adicional y mejorada, lo que lo convierte en un material de alta temperatura muy preferido que también puede exhibir una alta resistencia bajo cargas de compresión.
También es conocido por su alta resistencia al calor en comparación con otros materiales de impresión 3D, ya que tiene mejores propiedades mecánicas y químicas que le otorgan una mayor resistencia al calor. Por esta razón, la polietercetonacetona es uno de los materiales más populares para la impresión 3D que es apto para altas temperaturas.
ULTEM (PEI)
ULTEM, más conocido como polieterimida, es un material de alta temperatura que ofrece excelentes propiedades a un precio extremadamente bajo, lo que lo convierte en uno de los materiales de alta temperatura preferidos para la impresión 3D. Una de las mayores ventajas de usarlo como material de alta temperatura para la impresión 3D es que se puede esterilizar debido a su excelente resistencia química y térmica. Por lo tanto, es la opción ideal para numerosas aplicaciones que requieren alta resistencia, dureza y rigidez.
Fluoruro de polivinilideno (PVDF)
El cloruro de polivinilo, también llamado PVDF, es conocido por su alta resistencia mecánica y su capacidad para soportar temperaturas de hasta 150 grados centígrados. También es un termoplástico altamente inerte estrechamente relacionado con el teflón, lo que lo convierte en una de las opciones preferidas.
Los principales mercados de la impresión 3D
La tecnología de impresión 3D existe desde hace varias décadas y ha ganado popularidad en varios segmentos del mercado e industrias. Las aplicaciones de impresión 3D consistentes están evolucionando, pero han ganado popularidad en algunos mercados clave.
Estos son algunos de los casos de uso más comunes de las industrias que utilizan la impresión 3D:
Medicina
La impresión 3D se usa ampliamente en medicina, particularmente en bioimpresión, donde los técnicos necesitan usar materiales como células y factores de crecimiento para estudiar estructuras similares a tejidos. Las aplicaciones de impresión 3D en medicina también contribuyen al uso generalizado de implantes metálicos para la osteoporosis. La bioimpresión también está ayudando a imprimir órganos artificiales en 3D, lo que puede ayudar a los pacientes con insuficiencia orgánica cuando un crecimiento más rápido es un requisito esencial para el tratamiento.
industria de la construcción
La industria de la construcción es otro caso de uso popular para la impresión 3D. La impresión 3D de hormigón se considera una forma anterior y menos costosa de construir edificios. Ha permitido a los diseñadores crear diseños in situ específicamente adaptados a cimientos y edificios de hormigón.
arte y joyería
El sector del arte y la joyería también es una aplicación popular de la tecnología de impresión 3D. Los avances en la impresión 3D han permitido e inspirado a millones de artistas de todo el mundo a crear sus piezas de arte y joyería personalizadas y únicas utilizando la impresión 3D de metal. Especialmente en el espacio de la joyería, las impresoras 3D ayudan a los diseñadores a experimentar con diseños que los procesos tradicionales de fabricación de joyas no pueden. Además, ayudan a los creadores a crear sus propias piezas de joyería únicas y personalizadas.
Fabricación y prototipos
Como sabemos, la impresión 3D se desarrolló por primera vez para crear prototipos más rápido. Sin embargo, la tecnología de impresión 3D ha contribuido significativamente al crecimiento del segmento de mercado de fabricación y creación de prototipos. Al combinar tecnologías de computación en la nube, las empresas ahora ofrecen a los consumidores servicios de fabricación aditiva sin el gasto de comprar una impresora 3D.
Perspectivas para el futuro
Como tecnología, la impresión 3D ha cambiado el mundo. No solo se limita a la industria objetivo, sino que también afecta la vida diaria de millones de consumidores en todo el mundo. Además, ha hecho que el segmento de bienes de consumo sea más personalizado y bajo demanda, ampliando las fuentes para la fabricación futura.
De cara al futuro, los expertos predicen que las impresoras 3D también podrán construir materiales átomo por átomo, llevando la tecnología de construcción ligera al siguiente nivel. La tecnología también ayudará a crear materiales ligeros y de alto rendimiento. Sin embargo, también habría que tener en cuenta los desafíos existentes de la impresión 3D y la fabricación aditiva en las industrias individuales. La tecnología existente está en camino de mejorar y abaratar, brindando a los investigadores muchas oportunidades para integrar la impresión 3D con otros procesos tecnológicamente avanzados.
Para permitir que la industria utilice las tecnologías de impresión 3D existentes en el futuro, la industria y la política deben unirse y hacer más recomendaciones para fortalecer la política. Además, también es necesario mirar el tema de otra manera para que las tecnologías futuras den un mejor resultado.
