La manufactura aditiva también conocida como impresión 3D existe desde hace al menos 30 años.
En algún momento de la década de 2010 comenzó a dar un giro en términos de conciencia general y su adopción por parte de las principales empresas, es decir, las que fabrican productos físicos en sectores como automotriz, aeroespacial, bienes de consumo, y médica. Muchos conocen los procesos aditivos y las distintas ventajas que aporta a toda una serie de aplicaciones, y puede ser que otros no.
Esta serie de blogs pretende ser una aproximación básica si lo que busca es entender las muchas diferentes cosas que puede haber leído o visto sobre la manufactura aditiva. Además, esta serie le ayudará a tomar una decisión más informada si se encuentra en la fase de selección de la tecnología de impresión 3D adecuada para sus necesidades.
En el centro de la manufactura aditiva está el valor que aporta al proceso de desarrollo de productos. ¿Por qué? Porque es ahí donde se ejercen las mayores presiones en términos de eficiencia y de manufactura a nivel global. Es ahí donde la manufactura aditiva tiene más que ofrecer.
Para ilustrar este punto, este gráfico muestra un simple hecho: la vida útil de los vehículos es cada vez menor. Los vehículos ligeros de la década de 1980 solían durar 8.6 años antes de tener nuevas innovaciones. Hoy esa cifra se ha reducido a 6.7 años. Y la misma tendencia se ha producido para autos y camiones. Esto indica que la vida útil total del producto disminuye, por lo que es necesario un proceso de desarrollo un 22% más rápido que en los años ochenta.
Básicamente, se espera que la industria recupere hoy su inversión en un 10% menos de tiempo que hace unos años.
La manufactura aditiva, gracias a su capacidad para producir, a partir de una inversión relativamente fija y de bajo costo, piezas únicas o lotes pequeños o piezas en serie sin el desembolso masivo en bienes de equipo para líneas de producción que exigen escala mayor, y cientos de miles a millones de piezas para recuperar esa inversión. Esto significa que la manufactura aditiva puede añadir agilidad al proceso de fabricación tradicional. Y esto da a los fabricantes el respiro que necesitan para seguir innovando y seguir cumpliendo con la garantía de calidad exigida, aunque los ciclos de entrega y los presupuestos sean cada vez más ajustados.
Esto hace que la manufactura aditiva sea ideal para la creación de prototipos rápidos, lotes cortos de producción inicial, fabricación a la medida, y piezas de repuesto conforme los productos entran en obsolescencia.
Pero no toda la manufactura aditiva es igual. Diferentes tecnologías aditivas dan lugar a un conjunto diferente de ventajas y compensaciones. Sólo utilizo el ejemplo de la impresión 3D de plásticos para ilustrar mi punto de vista:
- La impresión 3D por chorro de tinta (MJP) con resinas fotopolímeras de curado UV sigue siendo barata y versátil, permite depositar material de forma selectiva en una bandeja de impresión plana a una velocidad alta. Las piezas finales tienen buena calidad superficial y resistencia isotrópica. Pero estas piezas de resina suelen destinarse únicamente a aplicaciones de prototipado. Las impresoras MJP también pueden utilizar sus boquillas de cabezal de impresión independientes para inyectar un material de soporte de composición diferente que puede disolverse o lavarse fácilmente sin dañar la pieza final.
- Las impresoras de estereolitografía (SLA) utilizan materiales fotopolímeros de curado UV similares, pero emplean un sistema basado en láser más complejo en lugar de un cabezal de impresión, y una cuba para contener el material líquido en lugar de una bandeja de construcción vacía. La SLA ofrece excelentes niveles de precisión, acabado superficial y resolución de detalles, pero a expensas de la velocidad general de impresión.
- Las impresoras de imágenes basadas en proyectores (a veces denominadas DLP) funcionan de forma similar a la estereolitografía: con una cuba de resina fotopolímera. Pero el proceso de láser vectorial SLA se sustituye por un proceso de proyección de imágenes capa a capa que permite velocidades de impresión mucho más rápidas. La limitación suele ser únicamente las dimensiones XY de la pieza que permite el proyector.
- El sinterizado selectivo por láser (SLS) ofrece piezas hechas de verdaderos termoplásticos, como los nylons, lo que permite a los fabricantes crear piezas funcionales resistentes en el mismo material final que el producto final. Pero tratar con polvos plásticos puede requerir un entorno térmico cuidado y controlado para garantizar un buen rendimiento y repetibilidad.
- La impresión por extrusión/deposición (denominada FDM) también tiene la ventaja de utilizar termoplásticos auténticos y los sistemas suelen ser robustos y de bajo costo, con la posibilidad de ampliar la tecnología a piezas de gran tamaño. La contrapartida suele ser la velocidad de fabricación, resolución de detalles finos y la resistencia isotrópica.
Estas son sólo mis propias interpretaciones de los pros y los contras, por supuesto, pero la buena noticia es que muchos de los puntos que he enumerado anteriormente se están convirtiendo rápido en generalidades históricas. El sector sigue evolucionando a un ritmo vertiginoso, y muchos de estos inconvenientes se están superando o eliminando por completo de formas novedosas. Algunos ejemplos:
- Los materiales fotopolímeros de curado UV en la MJP, la SLA y la proyección de imágenes, históricamente pensados para la creación de prototipos, son ahora más estables y duraderos, lo que los hace por primera vez más adecuados para herramental y piezas finales.
- Las lentas velocidades en la impresión de la estereolitografía vectorial se superan usando láseres duales síncronos y algoritmos específicos para acortar los tiempos de fabricación.
- Las cámaras de alta velocidad y los sistemas de supervisión pueden garantizar una mejor gestión térmica dentro del proceso de impresión SLS, con nuevos sistemas de post proceso que ofrecen una calidad superficial de la pieza final indistinguible de las piezas fabricadas de forma tradicional.
- También empezamos a ver el cruce en tecnologías y sistemas híbridos, que permiten elegir entre varios métodos incluso aditiva y sustractiva en el mismo equipo.
En nuestra próxima serie ahondaremos en algunos ejemplos con más detalle, esperamos que con la intención de dar sentido a cada tecnología y ayudarle a tomar la decisión correcta para sus necesidades de manufactura aditiva.
Por: Sam Green desde el blog de 3D Systems
