Por: Redacción Visión Industrial / 2h.visionindustrial@gmail.com
Si bien la impresión 3D se considera como una de las grandes innovaciones recientes y con un gran futuro que revolucionará la industria, a la fecha uno de los principales problemas es la falta de materiales duraderos, prácticamente toda la impresión 3D todavía utiliza plásticos, y en muchas ocasiones no es adecuado para el uso a largo plazo y, en cuestión de metales, la impresión tridimensional todavía es costosa y lenta.
En la fabricación de piezas metálicas, la impresión 3D se ve sobre todo como tecnología del prototipo, no una manera de producir realmente piezas. La NASA y varias empresas aeroespaciales utilizan la impresión de metales para crear componentes individuales, pero estos sistemas basados en láser son masivos y tienen aplicaciones limitadas. Sin embargo, a finales de abril del presente año, una start-up estadounidense llamada Desktop Metal, anunció estar listo para cambiar cómo se fabrica el metal con el sistema de impresión de metal 3D más rápido del mundo y de menor costo, de hecho lo marca como 100 veces más rápida y hasta 20 veces menos costoso que la tecnología actual. La empresa ofrece dos versiones de su impresora; un sistema de estudio que está destinado a pequeños grupos de ingeniería o empresas, y un sistema de producción que es capaz de fabricación a escala industrial.
El sistema es una plataforma completa, incluyendo una impresora y un horno de sinterización con microondas que, juntos, proporcionan geometrías complejas e incluso piezas de metal imposibles de imprimir en 3D directamente en la oficina de un ingeniero o en el taller. Aquí presentamos su desarrollo y características establecidas por sus desarrolladores.
Situación actual
Los metales representan actualmente uno de los segmentos de mayor crecimiento en la impresión 3D en todo el mundo. Los envíos de máquinas de impresión 3D de metal crecieron un 51% a nivel mundial en 2015, en comparación con el 2014, y continuaron subiendo en 2016. Varias firmas de investigación proyectan una fabricación aditiva para llegar a ser una industria de $20 MMD para 2020[1].
El advenimiento de la impresión 3D de metal ha prometido cambiar drásticamente la forma en que se fabrican los productos. Sin embargo, las opciones de impresión 3D de metal actuales no han cumplido esa promesa. La tecnología actual es demasiado industrial y costosa para hacer prototipos, y no es lo suficientemente rápida o barata para la producción en masa. Para llevar los productos al mercado, la tecnología debe abordar tanto el diseño como la fabricación.
La innovación
Ante la necesidad de hacer accesible la impresión 3D de metal a fabricantes e ingenieros globales, la start-up lanzó dos sistemas que cubren todo el ciclo de vida del producto (desde la creación de prototipos hasta la producción en masa), lo que marca un cambio fundamental en cómo los productos se desarrollarán y se pondrán al mercado. Los sistemas DM Studio y DM Production cambian las reglas de las soluciones tradicionales de fabricación de metales con la llegada de enfoques innovadores de primera clase que reducen los costos y aumentan significativamente la velocidad, la seguridad y la calidad de impresión.
El sistema DM Studio
El DM Studio System es el primer sistema de impresión 3D de metal asequible del mundo. Seguro y simple de usar, fue diseñado para llevar la impresión 3D de metal a la oficina, permitiendo a los equipos de ingeniería y diseño hacer piezas de metal más rápido, sin la necesidad de instalaciones especiales u operadores dedicados, es más sencillo, menos costoso y más accesible para los equipos de diseño e ingeniería.
Se basa en una arquitectura de software basada en la nube, permite al usuario ir directamente de CAD a la pieza. Al tener una plataforma de software en todo el sistema, los diseñadores e ingenieros pueden trabajar con un archivo digital para una pieza de metal a lo largo de todo su ciclo de vida en lugar de necesitar utilizar equipo y software de terceros para obtener una parte final.
Ofrece las siguientes ventajas:
- Elimina la necesidad de costosas instalaciones industriales para alojar la tecnología en forma segura. A diferencia de los procesos tradicionales de impresión 3D de metal, el DM Studio System no requiere polvos peligrosos, ni láser ni herramientas de corte para operar, sino que utiliza Bound Metal Deposition (BMD), un proceso patentado para hacer piezas precisas y repetibles, similar al proceso de impresión 3D más seguro y ampliamente utilizado para plásticos, la tecnología FDM (Fusion Deposition Modeling).
- Sin necesidad de operadores dedicados, utiliza un software basado en la nube para agilizar todo el flujo de trabajo para que los ingenieros puedan pasar del software de diseño asistido por computadora (CAD) a las piezas impresas sin problemas.
- Soportes Separables. Los sistemas existentes sueldan partes a soportes, requiriendo un mecanizado extensivo o EDM de alambre para retirar la pieza. Los soportes separables patentados permiten retirar manualmente las estructuras de soporte, los retos de post-procesamiento de metal son prácticamente eliminados
- Los cartuchos de impresión intercambiables permiten cambios de materiales seguros y rápidos.
- Piezas precisas y de alta calidad. La precisión de la impresión garantiza piezas de alta calidad, con densidades entre 96-99%, dependiendo de la aleación, con partes que se comportan de forma similar a la forjada.
- Aumenta significativamente la versatilidad de la creación de prototipos. Está diseñado para soportar cientos de diferentes aleaciones metálicas – los mismos metales utilizados para producir piezas en masa ahora se pueden utilizar para prototipos.
- Su costo es hasta 10 veces menor que los sistemas comparables basados en láser. El único sistema completo de impresión 3D de metal que es rentable para la creación de prototipos
- A diferencia de otros sistemas, no hay equipo de terceros, ventilación externa o instalaciones especiales requeridas, sólo requiere energía y una conexión a Internet
El sistema DM Production
El DM Production System es el primer sistema de impresión 3D de metal para la producción en masa, proporcionando la velocidad, precisión y costo por pieza necesarios para competir con la fabricación tradicional. Basado en un nuevo enfoque de la impresión 3D de metales, Single Pass Jetting (SPJ), que construye piezas metálicas con tecnología de una sola pasada de alta precisión en cuestión de minutos en lugar de horas. A 100x la velocidad de los sistemas de aditivos láser de metal más rápidos de hoy en día, y reduce drásticamente el coste por pieza, haciéndolo, por primera vez, competitivo con técnicas de producción en masa como la fundición.
Componentes
- Impresora. Es similar al proceso de impresión 3D más seguro y ampliamente utilizado, FDM (Fusion Deposition Modeling). A diferencia de los sistemas basados en láser, esta impresora extrude varillas de metal que están juntas en un cartucho, similar a cómo funcionan las impresoras FDM de plástico. Esto elimina los requisitos de seguridad y de instalación asociados con la impresión 3D metálica tradicional. Produce piezas metálicas con la resolución y precisión necesarias para el prototipo funcional. El sofisticado software construye planos de impresión y sinterización para cada construcción y material, generando automáticamente soportes y parámetros de control para asegurar una experiencia simple y sin fisuras desde la impresión a la sinterización. El sistema puede imprimir hasta 24 pulgadas cúbicas por día. La resolución máxima es 50µm.
- Horno. Es el primer horno de sinterización de oficina con una temperatura máxima de 1400º C, permitiendo la sinterización de una amplia gama de metales. Totalmente automatizado con control térmico de circuito cerrado y dimensionado para pasar a través de una puerta de oficina, el horno ofrece sinterización industrial en un paquete de oficina.
Con conexión a la nube, el horno tiene perfiles de temperatura que se ajustan a cada fabricación y material. Calienta uniformemente las piezas justo por debajo de su punto de fusión, eliminando el aglutinante y fusionando partículas de metal para formar piezas totalmente densas sin las tensiones residuales introducidas en sistemas basados en láser.
Según se establece, la impresora y el horno fueron diseñados conjuntamente, permitiendo simplificar enormemente la impresión y el post-procesamiento a través de la integración de software, hardware y ciencia de materiales.
Cómo funciona
El DM Studio System fue diseñado para un flujo de trabajo completo. Cada etapa del proceso es totalmente automatizada y gestionada por un sofisticado software, por lo que es sencillo ir de CAD a la pieza. Todo el proceso se controla y monitoriza desde la nube, garantizando una experiencia sencilla y sin complicaciones.
Cuando se imprime, el metal se deposita sobre la superficie de construcción como un polvo junto con el agente aglutinante. Las capas se construyen, y cuando todo ha terminado, la parte se lava y se calienta para eliminar el agente aglutinante. El acabado tiene lugar en el módulo de horno independiente, con calentadores convencionales y de microondas que llevan el metal justo por debajo de su punto de fusión. Cuando el agente aglutinante se quema, las partículas metálicas se funden entre sí para producir una pieza sólida.
- Preparación: Moldeo digital
El software acepta una variedad de formatos, no solo STL. La base web corre en un servidor remoto o local de manera que es posible administrar trabajos de cualquier dispositivo seguramente.
- Impresión: Pieza cruda
Similar a FDM, la impresora de Studio modela una pieza “cruda” capa por capa, por calentamiento y extrusión, especialmente formulada por varillas de metal unidas. La pieza cruda se puede lijar fácilmente a mano.
- Re aglutinar y sinterizar: Pieza sinterizada
Primero se elimina una porción del aglutinante de plástico. El horno luego calienta la pieza a temperaturas cercanas a la fusión, haciendo que el polvo de metal se densifique a 96-99,8%.
- Proceso posterior: Pieza terminada:
Aplicar métodos opcionales de acabado como mecanizado o granallado para tolerancias y acabados críticos. Los soportes se quitan con la mano.
Materiales que se pueden emplear
- El sistema combina los perfiles de materiales únicos con datos de la pieza para construir planos exactos de impresión y sinterización para cada pieza. La sinterización a granel y los cuidadosos controles del proceso permiten propiedades mecánicas similares a los procesos tradicionales de elaboración de metales.
- Al permitir el uso de polvos metálicos de la industria de moldeo por inyección de metal (MIM), el sistema tiene acceso a una amplia gama de materiales existentes, desde aceros y aluminio hasta súper-aleaciones y titanio. Más de 200 materiales son compatibles, en comparación con aproximadamente 15 materiales ofrecidos por sistemas basados en láser.
- Si bien el cambio de materiales en un sistema basado en láser plantea riesgos de seguridad y puede tardar una semana o más, la impresora DM Studio se diseñó con cartuchos de medios intercambiables seguros y con cabezales de impresión de liberación rápida para cambios de material sin costura.
Hasta ahora, la impresión 3D de metal no ha podido satisfacer las necesidades actuales de fabricación debido a los altos costos, procesos lentos y materiales peligrosos, esta innovación desarrollada por un equipo de algunos de los principales expertos mundiales en ciencia de materiales, ingeniería e innovación, al parecer puede abrir la puerta a cambios e innovaciones en de desarrollo de ingeniería, fabricación, mantenimiento, almacenamiento e inventarios, entre otras muchas aplicaciones.
[1] Fuente: Wohler´s Report 2016
