Todo o que necesitas saber sobre a impresión 3D!

Se falamos de distintos segmentos de mercado, a impresión 3D é unha das tecnoloxías máis estendidas. Non obstante, mentres comezamos a explorar o seu significado conceptual e a súa historia, aínda queda moito por saber.

Este artigo lanzará unha discusión en profundidade sobre a historia da impresión 3D, os seus principais mercados, procesos e materiais empregados.

Sen máis demora, empecemos a discusión!

Visión xeral da historia da impresión 3D

A historia da impresión 3D remóntase á década de 1980 en Xapón, cando Hideo Kodama buscaba unha forma de crear un sistema de prototipado acelerado e máis rápido. Foi un dos primeiros intentos de atopar un enfoque capa por capa que tamén se puidese aplicar á fabricación. Como resultado dos seus experimentos, Hideo desenvolveu un enfoque diferenciado axeitado para a fabricación, que implica o uso dunha resina fotosensible. Ademais, polimerizouse coa axuda da luz ultravioleta. Aínda que o seu invento aínda non está patentado, atribúeselle ser o primeiro inventor dos primeiros sistemas de fabricación de impresión 3D.

O principal crecemento da impresión 3D observouse entre 1990 e 2010 cando miles de empresas e startups comezaron a experimentar con diferentes tecnoloxías de fabricación aditiva. Polo tanto, esta década marca o inicio de importantes desenvolvementos na tecnoloxía de impresión 3D, especialmente na fabricación.

Os principais métodos de impresión 3D

A tecnoloxía de impresión 3D abarca unha serie de procesos de fabricación diferentes nos que os materiais necesarios se constrúen capa por capa. En calquera forma, os procesos de impresión 3D existentes ofrecen ao deseñador un amplo abano de posibilidades, facilitándolle a elección do proceso máis ideal e axeitado. Estes son algúns dos principais procesos de impresión 3D:

Estereolitografía (SLA)

Tamén coñecido como o proceso de impresión 3D industrial orixinal, a estereolitografía é ideal para producir pezas con gran detalle e unha superficie lisa. A calidade resultante das pezas de estereolitografía parece boa e pode axudar a probar a función e o axuste do conxunto. Este proceso de impresión utilízase, entre outras cousas, en medicina e para modelos anatómicos.

Multi-Jet Fusion

Este proceso é moi similar aos métodos anteriores xa que axuda a crear pezas funcionais a partir de po de nailon. Na fusión multichorro, as impresoras de inxección de tinta úsanse para aplicar axente de fusión á capa de po de nailon. Despois de construír esta capa, pásase un elemento de calefacción sobre as capas individuais para fusionalas. En comparación con outros procesos, este proceso tamén é máis fácil de manexar mecánicamente e ofrece unha mellor calidade superficial. Polo tanto, este método é ideal xa que combina as vantaxes dos métodos tradicionais coa aceleración do tempo de construción, obtendo unha mellor calidade de produción.

PolyJet

É un proceso de impresión 3D popular que permite a creación de pezas con diferentes propiedades, incluíndo materiais e cores. Usando este método, os deseñadores poden mellorar a tecnoloxía para a produción de pezas e prototipos moldeados por inxección. Non obstante, o deseño é uniforme e ríxido. Polo tanto, adoita ser ideal seguir os procedementos convencionais. Cando o proceso tamén inclúe a creación de prototipos da estrutura existente, este proceso elimina a necesidade de investir nos primeiros ciclos de desenvolvemento e deseñar máis rápido para aforrar os recursos necesarios.

Sinterización selectiva con láser (SLS)

A sinterización selectiva con láser é un proceso de impresión 3D que funde o po a base de nailon e o converte en plástico sólido. Debido a que este proceso crea pezas a partir de material termoplástico real, o material resultante tamén é duradeiro e ideal para probas funcionais. En comparación con outros métodos, as pezas producidas con este proceso son sólidas, pero teñen unha superficie máis rugosa. Este proceso tamén elimina a necesidade dunha estrutura de soporte, polo que é ideal para volumes maiores que non son comúns con outros procesos de impresión 3D.

fusión do feixe de electróns

A fusión do feixe electrónico é outro proceso importante de impresión 3D. É moi popular porque utiliza un feixe de electróns regulado e controlado por unha bobina electromagnética que axuda a derreter o po metálico. Isto aumenta a temperatura do leito de pintura e estabiliza as condicións de baleiro durante a acumulación. A temperatura tamén determina o material empregado para fundir as pezas. Outra razón pola que a fusión do feixe de electróns está tan estendida é que axuda a integrar a tecnoloxía de impresión 3D para que non se desperdicien os recursos empregados no proceso.

Procesamento de luz dixital (DLP)

Este proceso é moi similar á sinterización selectiva con láser xa que axuda a mellorar a calidade da resina líquida coa axuda da luz. A principal diferenza entre os dous métodos é que o procesamento dixital de luz utiliza pantallas de proxección de luz dixital. En cambio, o outro método usa un láser UV. Isto significa que a tecnoloxía de procesamento da luz dixital utiliza impresoras 3D que poden producir unha capa enteira de imaxes á vez, aumentando as velocidades xerais de construción. Aínda que esta técnica adoita utilizarse para acelerar o proceso de creación de prototipos, tamén é útil para a produción de unidades de baixo volume, incluídas as pezas de plástico.

Modelado por deposición fundida (FDM)

É un dos procesos de impresión 3D de escritorio máis comúns utilizados especificamente para pezas de plástico. O modelado de deposición fundida tamén é un proceso de difusión barato e comparable cando se necesitan facer modelos físicos. Calquera impresora 3D utilizada para o modelado de deposición fundida axuda a extruir filamentos de plástico fragmentando as capas individuais e construíndo toda a plataforma. Este método tamén é ideal para probas funcionais, pero a tecnoloxía adoita estar limitada xa que as pezas teñen unha superficie de referencia relativa e unha resistencia insuficiente.

Sinterización directa de metal con láser

Trátase dun proceso de impresión 3D de metal que amplía as posibilidades existentes e posibles para o deseño de pezas metálicas. Este proceso úsase máis habitualmente para reducir o volume de metal utilizado no procesado e para ensamblar funcións de varias partes nun só compoñente. Ademais, tamén é ideal para a fabricación de compoñentes lixeiros con canles internos con características especialmente deseñadas. Este proceso tamén é ideal para a creación de prototipos e a produción porque utiliza pezas que son o suficientemente densas como para sobrevivir aos procesos tradicionais de fabricación de metal, como a fundición e o mecanizado. Polo tanto, a produción de compoñentes metálicos mediante sinterización directa con láser de metal tamén é ideal para aplicacións nas que o deseño de pezas cunha estrutura orgánica é un requisito fundamental.

Principais materiais para a impresión 3D

A variedade de materiais principais para a impresión 3D é tan ampla como os métodos que presentamos na última sección. Aquí están os principais materiais de impresión utilizados nos procesos estándar de impresión 3D

Plástico

O plástico é un dos materiais máis utilizados para a impresión 3D xa que é un material diverso para industrias como os xoguetes e o fogar. Os produtos fabricados en plástico mediante tecnoloxía de impresión 3D permiten a construción de produtos cunha forma transparente e cores brillantes, máis lidos e especialmente apreciados pola súa textura brillante. Tamén é unha opción relativamente asequible xa que é lixeira e amigable para o peto tanto para desenvolvedores como para consumidores. Ademais, os produtos plásticos feitos con impresoras 3D teñen varias formas e consistencias, o que contribúe a unha maior diversificación do ámbito de aplicacións.

Ao clasificar os tipos de plástico utilizados na impresión 3D, distínguese entre os seguintes:

Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS)

É unha das opcións máis sólidas e seguras, especialmente para uso doméstico ou outro uso persoal, incluída a aplicación de impresora 3D. Tamén se coñece como plástico LEGO porque o seu material base está formado por estruturas tipo fideos que proporcionan flexibilidade e resistencia. Debido a esta propiedade especial, este tipo de plástico tamén é ideal para produtos como xoguetes e adhesivos.

Policarbonato (PC)

Aínda que é menos popular que outros plásticos, o policarbonato ofrece aos deseñadores deseños únicos de boquillas que só son posibles a altas temperaturas. Ademais de moitas outras categorías de produtos, o policarbonato tamén é axeitado para a produción de plásticos de baixo custo e cunchas moldeadas, o que o fai ideal para estas industrias en particular.

Plástico de alcohol polivinílico (PVA)

O plástico de alcohol polivinílico úsase habitualmente nas impresoras domésticas de baixo custo porque normalmente é un substrato axeitado para materiais con suficiente sustentabilidade e observabilidade. Non obstante, o plástico de alcohol polivinílico non é axeitado para produtos que requiren alta resistencia, pero é unha opción rendible cando se trata de fabricar artigos que só están destinados a ser utilizados temporalmente.

Polilactida (PLA)

Esta é unha das opcións máis respectuosas co medio ambiente para un material axeitado para a impresión 3D. Este ácido deriva de fontes naturais como a maicena e a cana de azucre e a miúdo está dispoñible en formas duras e brandas. Ademais, está feito de materiais sólidos e, polo tanto, é adecuado para unha ampla gama de produtos. Polo tanto, os técnicos e deseñadores a miúdo consideran que é unha das opcións máis versátiles e respectuosas co medio ambiente para os procesos de impresión 3D, incluíndo o uso de plástico.

po

Mesmo cos procesos de impresión 3D modernos, adoitan usar diferentes tipos de po para crear unha ampla gama de produtos. Non obstante, tendo en conta como funcionan as impresoras 3D, os po adoitan fundirse e espallarse en capas ata conseguir o grosor, textura e patrón desexados. Este po pode vir en diferentes formas e de diferentes fontes e materiais. Non obstante, algúns dos máis comúns inclúen os seguintes:

Poliamida (PA)

Coñecido pola súa resistencia e flexibilidade, este tipo de po permite altos niveis de detalle na fabricación de produtos impresos en 3D. Tamén é ideal para ensamblar pezas e entrelazar diferentes pezas para crear modelos impresos en 3D. Ademais, é útil para imprimir todo, desde asas e pestillos ata figuras creativas e coches de xoguete.

alumida

A alumida é unha mestura de aluminio gris, po de aluminio e poliamida, o que o converte nun dos modelos impresos en 3D máis estables. Ademais, posúe unha textura granulosa e areosa, polo que é ideal para modelos industriais e prototipos que requiren alta resistencia. Ademais, en forma de po, é comparativamente máis fácil de transportar e moldear en calquera forma desexada que necesite un produto. Polo tanto, é de maior valor en comparación con outras formas de po que se usan habitualmente na impresión 3D.

Resina sintética

As resinas sintéticas son un dos materiais menos utilizados na impresión 3D. En comparación con outros materiais, as resinas úsanse para aplicacións limitadas e proporcionan unha seguridade e resistencia limitadas ao produto final. Están feitos de polímeros líquidos que teñen unha exposición máis longa á luz UV e, polo tanto, adoitan estar dispoñibles en versións negra, branca e transparente. Non obstante, tamén se poden facer diferentes produtos e variantes nas cores laranxa, vermella, azul e verde. As resinas clasifícanse normalmente en tres categorías diferentes, incluíndo as seguintes

Resinas pintables

Trátase de impresións 3D de superficie lisa coñecidas pola súa estética e resistencia. Estas resinas tamén se usan para crear detalles faciais como B. para representar fadas, ás que moitas veces son difíciles de alcanzar.

Resina transparente

Esta é a categoría de resina máis importante xa que é a máis adecuada para produtos impresos en 3D. Caracterízanse por unha superficie lisa e un aspecto transparente, polo que son a opción ideal para resinas sintéticas. Non obstante, as variantes claras e de cores de resinas transparentes úsanse máis habitualmente para a fabricación de pezas de xadrez, figuriñas e pequenos accesorios domésticos, que normalmente teñen superficies transparentes.

Resinas moi detalladas

Estes úsanse xeralmente para modelos pequenos que precisan ter detalles intrincados e finos. Por exemplo, as resinas moi detalladas úsanse máis habitualmente para producir dedos de 4 polgadas que conteñen estruturas complexas de garda-roupa e detalles impresos con esta categoría de resinas.

Metais

Os metais tamén están entre os materiais máis populares para a impresión 3D. Utilízanse máis habitualmente na sinterización directa de metal con láser e outros procesos apropiados. As técnicas que usan metais inclúen a fabricación de equipos aeroespaciais que requiren impresión 3D de metais pesados ​​para acelerar e simplificar o deseño das pezas. Os metais tamén se usan habitualmente na fabricación de xoias. Nestes casos, a produción debe ser rápida e en grandes cantidades. Polo tanto, existe a oportunidade de crear un traballo máis detallado mediante a tecnoloxía de impresión 3D.

O uso de metais na impresión 3D úsase máis habitualmente na industria aeroespacial para fabricar inxectores de combustible para motores a reacción. Estímase que a produción aumentará nun 2020% para 10, o que indica o uso crecente de metais na impresión 3D na industria aeroespacial. No proceso de impresión, os metais axudan a acadar unha certa dureza, polo que as impresoras poden utilizar estes materiais directamente para fabricar pezas metálicas. Unha vez que o produto alcanza o procesamento final, é electropulido e pasa ao seguinte segmento de mercado.

Fibra de carbono

A fibra de carbono é un material composto que se usa nas impresoras 3D como capa superior sobre os materiais plásticos. O obxectivo principal do uso de fibra de carbono na impresión 3D é reforzar o plástico, xa que a combinación proporciona unha alternativa máis rápida e cómoda ao metal.

papel

O papel utilízase na impresión 3D cando os deseños requiren un prototipo máis realista que as ilustracións en 2D. Tales integracións permiten que os modelos impresos en 3D transmitan a idea principal do deseño con maior precisión e detalle. Ademais, fai que o produto final sexa convincente e atractivo, e dá unha mellor idea do xenio técnico que entrou nos procesos para acadar o resultado desexado.

grafito

Aínda que non se atopa entre os materiais de impresión 3D máis convencionais, o grafito está gañando popularidade pouco a pouco debido á súa condutividade e resistencia. Este material é ideal para facer produtos que requiren moita maior flexibilidade, como B. paneis solares e pezas de construción.

Materiais para altas temperaturas na impresión 3D

Na impresión 3D, especialmente no modelado de deposición fundida, os materiais de alta temperatura xogan un papel importante xa que son os prospectos máis esixentes. Estes materiais normalmente requiren temperaturas máis altas que os materiais normais e teñen propiedades termoquímicas e mecánicas excepcionais. Algúns dos materiais de alta temperatura máis coñecidos para a impresión 3D inclúen os seguintes materiais.

Polietercetona Cetona (PEEK)

A polietercetonecetona é unha das alternativas máis populares para aplicacións que permiten un fácil procesamento cun material amorfo. Coñecido popularmente como PEEK, proporciona unha capa de adhesión adicional e mellorada, o que o converte nun material de alta temperatura altamente preferido que tamén pode presentar unha alta resistencia baixo cargas de compresión.

Tamén é coñecida pola súa alta resistencia á calor en comparación con outros materiais de impresión 3D, xa que ten mellores propiedades mecánicas e químicas que lle confiren unha maior resistencia á calor. Por este motivo, a polietercetonecetona é un dos materiais máis populares para a impresión 3D que é adecuado para altas temperaturas.

ULTEM (PEI)

ULTEM, máis coñecido como polieterimida, é un material de alta temperatura que ofrece grandes propiedades a un prezo extremadamente baixo, polo que é un dos materiais de alta temperatura preferidos para a impresión 3D. Unha das maiores vantaxes de usalo como material de alta temperatura para a impresión 3D é que se pode esterilizar debido á súa excelente resistencia química e térmica. Polo tanto, é a opción ideal para numerosas aplicacións que requiren alta resistencia, resistencia e rixidez.

Fluoruro de polivinilideno (PVDF)

O cloruro de polivinilo, tamén chamado PVDF, é coñecido pola súa alta resistencia mecánica e a súa capacidade para soportar temperaturas de ata 150 graos centígrados. Tamén é un termoplástico moi inerte moi relacionado co teflón, polo que é unha das opcións preferidas.

Os principais mercados para a impresión 3D

A tecnoloxía de impresión 3D existe desde hai varias décadas e gañou popularidade en varios segmentos de mercado e industrias. As aplicacións de impresión 3D consistentes están a evolucionar, pero gañaron popularidade nalgúns mercados clave.

Estes son algúns dos casos de uso máis comúns das industrias que utilizan a impresión 3D:

Medicina

A impresión 3D úsase amplamente en medicina, especialmente na bioimpresión, onde os técnicos necesitan utilizar materiais como células e factores de crecemento para estudar estruturas similares aos tecidos. As aplicacións de impresión 3D na medicina tamén están a contribuír ao uso xeneralizado de implantes metálicos para a osteoporose. A bioimpresión tamén está a axudar a imprimir órganos artificiais en 3D, o que pode axudar aos pacientes con insuficiencia orgánica cando un crecemento máis rápido é un requisito esencial para o tratamento.

industria da construción

A industria da construción é outro caso de uso popular para a impresión 3D. A impresión 3D de formigón considérase unha forma máis temperá e menos custosa de construír edificios. Permitiu aos deseñadores crear deseños in situ especialmente adaptados aos cimentos e edificios de formigón.

arte e xoias

O sector da arte e da xoiería tamén é unha aplicación popular da tecnoloxía de impresión 3D. Os avances na impresión 3D permitiron e inspiraron a millóns de artistas de todo o mundo a crear as súas pezas de arte e xoias personalizadas e únicas mediante a impresión 3D de metal. Especialmente no espazo da xoia, as impresoras 3D axudan aos deseñadores a experimentar con deseños que os procesos tradicionais de elaboración de xoias non poden. Ademais, axudan aos creadores a crear as súas propias xoias únicas e a medida.

Fabricación e prototipado

Como sabemos, a impresión 3D desenvolveuse por primeira vez para crear prototipos máis rápidos. Non obstante, a tecnoloxía da impresión 3D contribuíu significativamente ao crecemento do segmento de mercado de fabricación e prototipado. Ao combinar tecnoloxías de computación en nube, as empresas ofrecen agora aos consumidores servizos de fabricación aditiva sen o gasto de mercar unha impresora 3D.

Perspectivas de futuro

Como tecnoloxía, a impresión 3D cambiou o mundo. Non só se limita á industria de destino, senón que tamén afecta a vida diaria de millóns de consumidores en todo o mundo. Ademais, fixo que o segmento de bens de consumo sexa máis personalizado e baixo demanda, ampliando así as fontes de fabricación no futuro.

De cara ao futuro, os expertos prevén que as impresoras 3D tamén poderán construír materiais átomo por átomo, levando a tecnoloxía de construción lixeira ao seguinte nivel. A tecnoloxía tamén axudará a crear materiais lixeiros e de alto rendemento. Non obstante, tamén habería que ter en conta os retos existentes da impresión 3D e da fabricación aditiva nas industrias individuais. A tecnoloxía existente está en camiño de ser mellor e máis barata, o que ofrece aos investigadores moitas oportunidades para integrar a impresión 3D con outros procesos tecnoloxicamente avanzados.

Para que a industria poida utilizar as tecnoloxías de impresión 3D existentes no futuro, a industria e a política deben unirse e facer máis recomendacións para fortalecer a política. Ademais, tamén cómpre mirar o tema doutro xeito para que as futuras tecnoloxías dean un mellor resultado.