¿Cómo funciona la impresión 3D?

Un método de fabricación aditiva es la impresión 3D. Es "aditiva" porque simplemente apila y fusiona capas de material para crear objetos reales, en lugar de necesitar un bloque de material o un molde. Permite construir geometrías más complejas que las tecnologías "convencionales", suele ser rápida, tiene costes fijos de configuración bajos y funciona con una gama de materiales cada vez mayor. El sector de la ingeniería la utiliza considerablemente, especialmente en la creación de prototipos y el desarrollo de geometrías ligeras.

Fabricación aditiva e impresión 3D

El término "impresión 3D" se asocia frecuentemente con la cultura maker, aficionados y entusiastas, impresoras de escritorio, técnicas de impresión accesibles como FDM y materiales económicos como ABS y PLA. Esto se debe en parte a las impresoras de escritorio asequibles que surgieron del movimiento RepRap, como las originales MakerBot y Ultimaker, que contribuyeron a la democratización de la impresión 3D y al auge de la impresión 3D en 2009.

Tecnología de impresión 3D: El futuro de la fabricación innovadora

3Dimpresiónhistoria

Los productos conceptuales de impresión 3D comenzaron en la década de 1970. En 1981, el científico japonés Dr. Kodama, quien fue el primero en describir el método de fabricación de impresión capa por capa, probó la impresión 3D y creó personalmente la tecnología de impresión 3D SLA (estereolitografía): resina fotosensible polimerizada por luz ultravioleta.

Unos años más tarde, el científico estadounidense Charles Hull también realizó una investigación exhaustiva sobre la tecnología SLA y presentó la primera patente de SLA en 1986. Fundó 3D Systems y lanzó su primer producto comercial, el SLA-1, en 1988. (imagen a continuación)

Se puede decir que SLA es la tecnología de impresión 3D desarrollada más tempranamente, así que ¿cuándo surgieron más tarde SLS (sinterización selectiva por láser) y FDM (modelado por deposición fundida)?

En 1988, el estadounidense Carl Deckard patentó la tecnología SLS en la Universidad de Texas, otra técnica de impresión 3D en la que un láser fusiona localmente partículas de polvo para imprimir. Ese mismo año, Scott Crump, uno de los fundadores de Stratasys, solicitó una patente para el modelado por deposición fundida (FDM). Entre 1980 y 1990, se patentaron las tres tecnologías principales de la impresión 3D, lo que marcó el inicio de un período de rápido desarrollo en esta industria.

En Europa, EOS GmbH creó un sistema de diseño para la impresión 3D: el sistema Stereos. Actualmente, sus modelos impresos en 3D se utilizan en el sector industrial a nivel mundial para la tecnología de impresión 3D SLS (sinterización selectiva por láser) para plásticos y metales.

En 1992, la patente de la tecnología de impresión 3D FDM (Fused Deposition Modeling) fue autorizada por Stratasys, que desarrolló impresoras 3D para satisfacer las diferentes necesidades de muchos profesionales y particulares.

Entre 1993 y 1999, surgieron diversas tecnologías en la industria de la impresión 3D. Simultáneamente, se desarrollaron cada vez más software CAD y de modelado 3D, como por ejemplo, Sanders Prototype (ahora Solidscape), uno de los primeros en crearse.

Aplicaciones multicampo de la impresión 3D

En 2008, se lanzó la primera prótesis impresa en 3D, lo que incrementó aún más la difusión de la impresión 3D en los medios. Se descubrió que la impresión 3D no solo permite imprimir piezas tradicionales, sino que también se puede aplicar a la reparación del cuerpo humano. Este asombroso proyecto de impresión 3D médica combina todas las partes de una extremidad biológica y puede imprimirse "tal cual", sin necesidad de ensamblaje posterior. Hoy en día, gracias al escaneo 3D, las prótesis y ortesis médicas impresas en 3D son cada vez más económicas y rápidas para satisfacer las necesidades de los pacientes. Además, estas prótesis están cada vez más optimizadas y adaptadas a la morfología del paciente. La impresión 3D ofrece nuevas oportunidades para la personalización masiva. (Añadir imagen)

2009 fue el año en que las patentes FDM entraron en el mercado de consumo masivo, lo que abrió un nuevo camino para la innovación en las impresoras 3D FDM. Con la caída del precio de las impresoras 3D de escritorio, cada vez más personas pudieron prestar atención al desarrollo de la industria de la impresión 3D.

En 2013, el presidente estadounidense Barack Obama mencionó la impresión 3D en su discurso sobre el Estado de la Unión como el principal modo de producción del futuro, convirtiendo la "impresión 3D" en una palabra de moda. Actualmente, su presencia en la mente del público es muy destacada. Cada vez más pequeñas y medianas empresas aprovechan el prototipado de bajo coste que ofrece la impresión 3D, integrándolo plenamente en sus procesos de iteración, innovación y producción.

Concepto de coche impreso en 3D

En cuanto a aplicaciones de construcción, las casas impresas en 3D ya son una realidad. La gente se mudó a casas impresas en 3D por primera vez en 2018. La casa tiene una superficie de 98 metros cuadrados, lo cual la hace muy habitable. Se tardó dos días en imprimirla.

El sistema de clasificación de la impresión 3D sobre las similitudes y diferencias entre la fabricación y la impresión 3D

Tomemos como ejemplo la esfera ahuecada. Tiene más de una docena de flores en la superficie. Si se procesa mediante mecanizado tradicional, resultará muy problemático, ya que los patrones deben modificarse uno a uno. Si se opta por la impresión 3D, no se desperdicia material, por lo que también se denomina fabricación aditiva, lo que significa que se utiliza un método de acumulación gradual de materiales para fabricar piezas físicas. El método tradicional consiste en crear primero el embrión, luego eliminar el exceso de material y, con el material restante, obtener la forma deseada. Si se detecta un problema, es necesario abrir un molde y modificarlo; mientras que la impresión 3D utiliza la acumulación gradual de material, se puede ver rápidamente el producto terminado.

Realización de la tecnología de impresión 3D

La tecnología de impresión 3D se aplica a la producción industrial. La impresión 3D no utiliza el objeto físico, sino el modelo digital. Si se desea imprimir en 3D el objeto real que se tiene delante, se debe usar una computadora para modelarlo o un escáner 3D para digitalizarlo (es decir, un modelo 3D), y se puede imprimir en tan solo quince minutos. Actualmente, la tecnología de impresión 3D se divide en cuatro categorías principales: FDM, DLP/SLA y SLS.

SLS - proceso de moldeo por sinterización láser

SLS es un polvo relativamente de alta tecnología que se funde en condiciones de alta temperatura de irradiación láser. Extienda una capa fina de polvo sobre la mesa de trabajo y escanee la sección transversal de la capa con el rayo láser para elevar la temperatura hasta el punto de fusión, para realizar la sinterización y la unión, repita la extensión del polvo, la sinterización, el pulido y el secado hasta que se forme el modelo. De hecho, la impresión 3D es impresión 2D una y otra vez. Si corta un objeto muy fino, encontrará que cada pieza tiene una forma. Si junta todas las formas, obtendrá un objeto de estructura tridimensional. Por eso usamos láseres para dibujar gráficos. La resistencia de las piezas moldeadas SLS al medio ambiente (temperatura, humedad y corrosión química) es similar a la de los materiales termoplásticos; mientras que la resistencia de las piezas moldeadas SLA es relativamente baja, por ejemplo, las piezas de trabajo SLA moldeadas con resina epoxi son susceptibles a la humedad y los productos químicos. Corrosión, se ablandará y deformará en un entorno superior a 38 °C, pero la precisión de formación es alta.

SLA - proceso de moldeo por estereolitografía

La estereolitografía por láser (SLA) es una tecnología de fotocurado relativamente desarrollada en China. La estereolitografía consiste en que el rayo láser perfila la forma de la primera capa del objeto sobre la superficie de la resina líquida. A continuación, la plataforma de producción se baja una distancia determinada (entre 0,05 y 0,025 mm), y la capa solidificada se sumerge en la resina líquida, y así sucesivamente. La resina utilizada es fotosensible y se solidifica tras la irradiación del rayo láser, lo que permite un modelado rápido y preciso.

DLP - proceso de moldeo por estereolitografía

Procesamiento digital de luz DLP, conocido como tecnología de moldeado láser. La tecnología de impresión 3D DLP presenta muchas similitudes con la tecnología de impresión 3D SLA. Si comparamos la producción con dibujar un círculo con un lápiz, la tecnología SLA equivale a dibujar capa por capa, mientras que la DLP equivale a estampar directamente. La producción en masa que buscamos tiene dos aspectos fundamentales: la eficiencia y el coste del material. Existe una impresora 3D que puede imprimir cientos de veces más rápido que la fabricación tradicional: la tecnología presencial, desarrollada por la empresa Light Prism Technology de Shenzhen. La impresión 3D FDM tradicional tarda de 2 a 5 horas en imprimir una esfera hueca, y como máximo una hora, la impresión presencial de tan solo unos 10 minutos. La velocidad de impresión es asombrosa. Una vez que esta impresión 3D esté en el mercado, su impacto en la artesanía tradicional seguirá siendo considerable.

FDM - Proceso de moldeo por deposición fundida

En comparación con las tecnologías DLP y SLS, la tecnología FDM es relativamente sencilla, por lo que tiene un amplio público y es más fácil de integrar en el hogar. El prototipo se construye directamente a partir de los datos CAD 3D utilizando el material termoplástico que se extruye en un filamento semifundido, que se deposita capa por capa. Las ventajas de la tecnología FDM son su estructura mecánica simple, su diseño sencillo, sus bajos costos de fabricación, mantenimiento y materiales, y su ausencia de contaminación ambiental. Por lo tanto, la FDM es también la tecnología más utilizada en impresoras 3D de escritorio domésticas. Es un método de impresión relativamente tradicional, que no utiliza láser y tiene un bajo costo, pero su precisión no es alta y la velocidad de impresión es muy lenta. Es el método más accesible para todos y se utiliza generalmente en el sector educativo.

El impacto de la impresión 3D en la fabricación y la artesanía tradicional

Ventajas de la impresión 3D

(1) Personalización

Si tomamos la odontología como ejemplo, los dientes de cada persona son diferentes, pero la impresión 3D puede resolver la contradicción entre la producción personalizada y la producción en masa, y producir en masa implantes, aparatos ortopédicos, etc. personalizados.

(2) muestra en tiempo real

Gracias a la alta velocidad de la impresión 3D, el diseñador diseña una versión del producto por la mañana, y el responsable puede ver el producto terminado al mediodía, y luego diseña otra versión a las 6 p. m., y puede ver el producto terminado a la mañana siguiente, lo que acelera enormemente el desarrollo de nuevos productos. Si no es particularmente complejo, la impresión 3D puede producir productos terminados en 3 horas, mientras que las pruebas tradicionales tardan entre 4 y 6 semanas cada una, lo que también mejora la velocidad general del diseño industrial.

(3) Sin contaminación

 Dado que las materias primas producidas son respetuosas con el medio ambiente, todo el proceso de producción es libre de contaminación. No se contamina con gases ni aguas residuales, ni se desperdician materiales sobrantes.

(4) Dataización

Cuando la odontología digital madure, los requisitos técnicos para los médicos se reducirán considerablemente. Los pacientes solo necesitarán usar el instrumento para escanear durante dos minutos en el hospital y podrán conocer las causas y soluciones de todos los problemas dentales.

Además, la impresión 3D también se puede utilizar en ortodoncia, imprimiendo brackets transparentes personalizados. Durante la cirugía plástica, ¿deben moverse los dientes hacia la izquierda o hacia adelante? ¿Cuántos milímetros deben moverse? Anteriormente, la cirugía dental dependía únicamente de la experiencia personal del médico, pero la odontología digital ha aumentado la estabilidad de la operación y ha simplificado el proceso técnico para los médicos.

(5) Rápido

 A diferencia de los procesos industriales tradicionales, la impresión 3D no requiere preparativos previos como mano de obra y transporte. Solo necesita máquinas y materias primas, y su producción se inicia rápidamente.

(6) Automatización

 Se puede decir que solo existe una impresora 3D que separa la imaginación virtual de la realidad. La producción con una sola tecla de impresión 3D ahorra muchos costos de mano de obra y errores humanos.