La impresión 3D convierte los carretes de filamentos de plástico o bandejas de resina en objetos físicos. La impresión 3D no pertenece a este mundo en absoluto. La NASA mantiene una impresora 3D en la Estación Espacial Internacional, y los astronautas pueden crear herramientas personalizadas (como esta llave de reparación) sin tener que volarlas al espacio.
La impresión 3D ha sido adoptada por estudiantes, empresarios, aficionados y grandes fábricas. Debido a que la impresión 3D permite que los diseños digitales se conviertan en objetos tangibles, se ha descubierto una amplia gama de usos.
El médico puede imprimir un modelo físico de la anatomía del paciente para visualizar mejor el programa y demostrar la práctica. Los ingenieros de fábrica pueden crear accesorios personalizados que ahorran tiempo y reducen los daños durante la fabricación. La comunidad fomenta el espacio empresarial, enseña habilidades de STEM y ayuda a las empresas emergentes para nuevas empresas, creando nuevos puestos de trabajo y oportunidades locales.
Si bien la impresión 3D se utiliza principalmente para la producción de objetos plásticos, la impresión 3D también puede producir objetos metálicos, aunque este es un proceso más costoso y menos común que la impresión 3D plástica.
Resumen ejecutivo
¿Qué es la impresión 3D? La impresión 3D es el proceso de crear objetos físicos a partir de un modelo digital. La impresión 3D es un proceso de adición. Las capas de plástico se construyen una tras otra para crear objetos.
¿Cómo afecta la impresión 3D a la economía?
La impresión 3D es una parte integral del movimiento del fabricante y beneficia a la comunidad, la educación, los empresarios y las empresas tradicionales. Ayuda a promover la creación de nuevos productos y nuevas compañías, y enseña habilidades que se pueden convertir en una variedad de trabajos técnicos y profesionales.
¿Qué tan caro es la impresión 3D en comparación con los procesos de fabricación tradicionales?
Eso depende. Cuesta mucho menos y crea prototipos, accesorios, herramientas y accesorios con impresión 3D mucho menos tiempo. Sin embargo, una vez que se pagan los costos de instalación y herramientas, las técnicas de fabricación tradicionales (como el moldeo por inyección) pueden producir objetos más rápido y a un costo menor.
¿Cómo afecta la impresión 3D a la cadena de suministro?
La impresión 3D es ideal para la fabricación a corto plazo y la producción a pequeña escala. También permite que las piezas de repuesto se "almacenen en la nube", por lo que no se requiere un inventario físico antes de que se necesite el objeto. Al proporcionar objetos 3D a nivel mundial en forma digital e imprimirlos localmente, se puede eliminar completamente el costo y el tiempo de transporte.
¿Puede la impresión 3D cambiar la fabricación?
La fabricación está experimentando cambios tremendos, y la impresión 3D es uno de los elementos. Otros factores incluyen un aumento significativo en el volumen y rendimiento de datos, análisis mejorado, factores humanos mejorados y automatización de varios procesos de producción.
¿Qué es la impresión 3D?
La impresión 3D es el proceso de crear objetos (generalmente plásticos, pero a veces materiales metálicos o compuestos) a partir de un modelo digital. La mayoría de las impresoras 3D agregan material a una capa muy delgada a la vez, por lo que las impresoras 3D se clasifican como "fabricación aditiva".
¿Cómo funciona la fabricación aditiva?
Las impresoras de computadora normalmente operan una línea a la vez. La impresora 3D se parece más a un trazador, moviendo el cabezal de impresión a lo largo de los ejes X e Y para dibujar un patrón. En el caso de una impresora 3D, la impresora 3D es tridimensional. Una vez que se dibuja el patrón, el cabezal de impresión se mueve hacia arriba (o la impresión se coloca hacia abajo) y el otro patrón se dibuja en el primero.
¿Cómo funciona una impresora 3D?
Existen varios tipos de impresoras 3D, pero nos centraremos en dos tipos: modelado por deposición fundida (o FDM) y estereolitografía (o SLA).
FDM comienza con una bobina de filamento. Estos son generalmente hilos de 1.75 o 2.85 mm de grosor que se enrollan en el husillo. La impresora FDM calienta el filamento, lo extruye a través de la boquilla del extrusor y coloca una capa sobre la superficie de construcción. Estas capas son muy delgadas y cuando cada capa fundida se coloca sobre la capa anterior, se funde parcialmente al enfriarse.
Con el tiempo, a veces lleva mucho tiempo, un objeto se crea a partir de cientos o miles de estas capas.
El SLA comienza con una resina líquida. La bandeja de construcción desciende a la resina (generalmente al revés) y la luz (a veces desde la pantalla LCD, a veces desde el láser UV) produce una reacción química en la resina que se endurece. Cuando cada capa está expuesta a la luz, la impresora levanta la plataforma de construcción un poco alejada de la celda de resina, exponiendo la siguiente capa.
FDM es la forma más común de impresión 3D de extrusión de material. SLA es la forma más común de impresión fotopolimérica en 3D. Estos dos métodos de impresión han alcanzado un nivel de costo suficientemente bajo que los consumidores, aficionados, educadores, empresarios y pequeñas empresas pueden pagar, pero generalmente se limitan a la producción de plásticos, materiales compuestos de plástico y materiales de nailon. .
Se pueden utilizar otras formas de impresoras 3D, pero requieren un alto costo de compra. Estos incluyen impresión 3D de lecho de polvo (polvo de aplicación y luego formación de fusión), fabricación de laminado (unir hojas y luego cortarlas), deposición de energía direccional (esto es algo similar si la soldadora y la impresora FDM nacieron) y fabricación de forma libre de haz de electrones (expulsar un haz de electrones en el vacío para producir metal fundido basado en un modelo 3D).
Estas últimas formas de impresión 3D se usan comúnmente para hacer piezas de metal, mientras que FDM y SLA se usan más comúnmente para hacer objetos de plástico.
Todo en común es que crean nuevos objetos al agregar y mezclar gradualmente las materias primas.
Lo que la impresión 3D no es
La impresora 3D no es un replicador de Star Trek. Cualquier persona con una impresora 3D le dirá que tan pronto como el huésped vea la impresora en acción, su imaginación se entusiasmará. Casi de inmediato, comenzarán a mencionar los tipos de artículos que desean hacer. A menudo, estos ni siquiera son elementos existentes, pero creen que la magia de la impresión 3D puede crear nuevos inventos de la noche a la mañana.
¿Cómo afecta la impresión 3D a la economía?
Al igual que la impresión 3D es un factor en la tendencia de transformación de la fabricación digital, la impresión 3D es un elemento de una tendencia económica más grande y el aumento del movimiento del fabricante.
Un aspecto emocionante de la producción es su inclusión y la neutralidad de género. Cubre todo, desde la fabricación de muñecas hasta el diseño de robots, desde el scrapbooking hasta la fabricación de muebles, desde la fabricación de cuero hasta la impresión 3D. Esta es una palabra que contiene cualquier cosa que hace las cosas puras y simples.
La fabricación es diferente de la fabricación, aunque a menudo conduce a la fabricación. Cuando alguien diseña un producto y construye un prototipo, considera hacerlo. Una vez que el prototipo está en producción activa, se está fabricando. Ahora, al combinar la producción de escritorio con el crowdfunding, puede diseñar prototipos muy complejos que luego son financiados por clientes potenciales.
Ventajas y desventajas de las impresoras FDM y SLA
Dado que las impresoras FDM y SLA ya están disponibles para aficionados y profesionales, son el tipo más común de impresora 3D. La versión para el consumidor se puede usar por cientos de dólares, y las máquinas profesionales para la creación de prototipos y la fabricación de accesorios tienen un precio de entre $ 3,000 y $ 6,000.
Estas son las tecnologías de impresión 3D en las que es más probable que inviertas.
Impresora FDM
FDM es la primera tecnología de impresión 3D amateur convencional, que sigue liderando el mercado en términos de suministro de productos y marcas y volumen de ventas.
Uno de los principales desafíos de la impresión 3D es obtener una impresión exitosa del objeto. La impresión falló porque el plástico depositado se calienta o se enfría demasiado rápido porque la capa no se adhiere correctamente porque la impresión se desprende de la superficie de impresión de la placa de impresión debido a la obstrucción del filamento en la extrusora, así como a otros problemas de producción.
Las impresoras FDM pueden imprimir en una variedad de plásticos. Cada plástico tiene diferentes características que hacen que la impresión sea más fácil o más difícil y producen diferentes características en la pieza terminada.
El tipo más común de filamento es PLA (ácido poliláctico), que es muy fácil de imprimir, pero puede ser muy quebradizo y se deforma con el sol.
El nilón es muy flexible, pero por lo general requiere muchos retoques para que sus ajustes de impresión funcionen.
El ABS es más fuerte (está hecho de LEGO), pero su velocidad de enfriamiento generalmente causa que el rizo subyacente distorsione toda la impresión. También tiene un olor desagradable y humos moderadamente tóxicos.
Algunos proveedores inyectan plásticos básicos (principalmente PLA) en otros materiales, incluyendo madera, metal y fibra de carbono. Cada uno de estos cambia las características del objeto impreso terminado.
La mayoría de las impresoras FDM tienen una extrusora que puede imprimir un rollo de filamento a la vez. Las impresoras FDM más avanzadas (y caras) pueden imprimir dos, tres, cuatro o más filamentos a la vez, lo que permite que la impresora mezcle colores, propiedades funcionales (como plásticos sólidos y bisagras flexibles) y materiales de soporte solubles.
La impresión se compone de una cadena de plástico fundido, por lo que sobresalir puede ser un problema. Aunque las impresoras FDM normalmente pueden imprimir círculos o ángulos de hasta 45-60 grados, no pueden imprimir en el espacio de aire porque el plástico fundido simplemente se hundirá en el espacio.
Para compensar los grandes huecos, la mayoría de las impresoras producirán soporte, o una torre de plástico temporal que puede soportar el área del puente. La impresora de monofilamento utiliza el mismo material que el objeto en sí y tiene una variedad de configuraciones que facilitan la eliminación del soporte.
Las impresoras de doble filamento a menudo imprimen con un material de soporte disoluble como PVA (alcohol de polivinilo) que es prácticamente el mismo material con el que está hecho Elmer's Glue. Una vez que se completa la impresión de doble filamento, se sumerge en agua durante horas (o, a veces, días) y el PVA se disuelve, dejando una impresión intacta con los vacíos abiertos que el diseñador diseñó para el objeto final.
Debido a que las impresoras FDM imprimen en capas, la orientación del objeto que se está imprimiendo puede ser importante. Los enlaces entre capas a menudo son más débiles que las tiradas lineales de plástico. Como tal, la colocación en la cama debe tener eso en cuenta para cualquier objeto que pueda estar bajo estrés.
Las impresoras FDM vienen en una variedad de tamaños. Cuanto mayor sea el tamaño, más difícil será la impresión, ya que a menudo es difícil equilibrar las características de calor dentro del área de construcción completa.
Las impresoras FDM también ofrecen una variedad de tamaños de boquillas. Cuanto más grande es la boquilla, más material se extruye por minuto, pero menos refinado es el resultado final. Cuanto más pequeña es la boquilla, más detallada es la impresión. La impresión con boquillas grandes o pequeñas introducirá otros desafíos, a menudo relacionados con soportes, puentes y gestión del calor.
Impresora SLA
Las impresoras SLA tienen muchas características que las hacen fuera de la corriente principal:
Las resinas líquidas que utilizan son altamente tóxicas en su forma no curada. Si lo contrae, puede causar quemaduras o erupciones dolorosas.
La impresión terminada debe procesarse en un baño y luego curarse. Se deformarán durante este tiempo de procesamiento. También son tóxicos.
Las impresoras SLA son más complicadas que las impresoras FDM debido a las resinas líquidas y los baños de procesamiento.
Las impresoras SLA generalmente tienen áreas de construcción muy pequeñas, lo que da como resultado impresiones típicamente pequeñas. Las resinas generalmente se formulan específicamente para una impresora en particular, por lo que el usuario puede bloquear el producto del proveedor, lo que puede limitar la selección de materiales y colores.
Aun así, las impresoras SLA se están volviendo más populares, principalmente porque producen impresiones con detalles muy finos y algunas capas de capas. Esto los hace particularmente adecuados para la creación de prototipos de diseños de joyas y matrices, pequeños diseños médicos y dentales, y pasatiempos como ferrocarriles de modelos y miniaturas de juegos.
Diseño y confección de estampados.
El proceso de pasar de la creatividad a los objetos impresos en 3D debe pasar primero por dos tecnologías de herramientas de software: software de modelado 3D (o CAD) y un rebanador.
Software de modelado 3D
El software de modelado 3D (también conocido como CAD (para diseño asistido por computadora)) puede considerarse como el motor de creación para modelos 3D. De la misma manera, puede usar Photoshop para crear gráficos, Illustrator para crear ilustraciones, o usar Word para crear artículos como este, y software CAD para crear diseños de modelos en 3D.
Hay muchos programas CAD por ahí, y cada programa es el más adecuado para diferentes tareas. Alterno entre TinkerCAD y Fusion 360, dependiendo de si necesito construir una parte rápida o un diseño más complejo.
Rebanador
El programa CAD genera un modelo virtual del objeto 3D. Pero la mayoría de la impresión 3D se realiza capa por capa. El proceso de convertir un diseño 3D en una serie de movimientos de máquina en un plano bidimensional (y luego mover el plano) es el trabajo del programa de la rebanadora.