¿Cómo funciona la impresión 3D?

Un método de fabricación aditiva es la impresión 3D. Es "aditivo" porque simplemente apila y fusiona capas de material para crear objetos reales en lugar de necesitar un bloque de material o un molde. Puede construir geometrías más complicadas que las tecnologías "convencionales", suele ser rápido, tiene costos de instalación fijos económicos y funciona con una gama cada vez mayor de materiales. El sector de la ingeniería hace un uso sustancial de él, especialmente cuando se crean prototipos y se desarrollan geometrías ligeras.

Fabricación aditiva e impresión 3D

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

Historia de la impresión 3D

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): una resina fotosensible polimerizada por luz ultravioleta.

Unos años más tarde, el científico estadounidense Charles Hull también realizó una investigación en profundidad 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 debajo)

Se puede decir que SLA es la primera tecnología de impresión 3D desarrollada, entonces, ¿cuándo aparecieron 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, que es 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). De 1980 a 1990, se patentaron las tres principales tecnologías de impresión 3D, lo que marcó el comienzo 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". Hoy en día, sus modelos impresos en 3D en el sector industrial se utilizan en todo el mundo para la tecnología de impresión 3D SLS (Selective Laser Sintering) para plásticos y metales reconocida en.

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

De 1993 a 1999 surgieron diversas tecnologías en la industria de la impresión 3D. Al mismo tiempo, se desarrollaron cada vez más software CAD y software de modelado 3D, por ejemplo, Sanders Prototype (ahora llamado Solidscape), que fue uno de los primeros participantes creados.

Aplicaciones multicampo de impresión 3D

En 2008, apareció la primera prótesis impresa en 3D, lo que aumentó aún más la participación de la impresión 3D en los medios. La gente descubrió que la impresión 3D no sólo puede imprimir piezas tradicionales sino que también puede aplicarse a la reparación del cuerpo humano. Este sorprendente proyecto médico de impresión 3D combina todas las partes de una extremidad biológica y se puede imprimir "tal cual" sin ningún ensamblaje posterior. Hoy en día, en combinación con el escaneo 3D, las prótesis y aparatos ortopédicos médicos impresos en 3D son cada vez más baratos y rápidos 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. (añade una foto)

2009 fue el año en que las patentes FDM entraron en el campo del consumo masivo, lo que abrió un nuevo camino para una amplia innovación de las impresoras 3D FDM. A medida que bajó el 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. Ahora su lugar en la mente del público es muy destacado. Cada vez más pequeñas y medianas empresas están aprovechando la creación de prototipos de bajo coste que proporciona la impresión 3D, integrándola plenamente en sus procesos de iteración, innovación y producción.

Auto concepto de impresión 3D

En lo que a aplicaciones de construcción se refiere, las casas impresas en 3D son ya una realidad. La gente se mudó por primera vez a casas impresas en 3D en 2018. La casa tiene una superficie de 1022 pies cuadrados, lo que la hace muy habitable. La impresión tardó un total de dos días.

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

Tomemos como ejemplo la bola ahuecada. Hay más de una docena de flores en la superficie. Si se procesa mediante mecanizado tradicional, será muy problemático y los patrones deberán modificarse uno por uno. Y si se elige la impresión 3D, no hay desperdicio de material, por eso también tiene el nombre de fabricación aditiva, lo que significa que se utiliza el método de acumulación gradual de materiales para fabricar piezas físicas. El método tradicional consiste en hacer primero el embrión, luego retirar el exceso de material y el material restante tiene la forma requerida. Si se detecta algún problema, es necesario abrir un molde y modificarlo; Si bien la impresión 3D utiliza poco a poco la acumulación 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. Lo que la impresión 3D necesita utilizar no es el objeto físico, sino el modelo digital. Si desea imprimir en 3D el objeto real que tiene frente a usted, debe usar una computadora para modelarlo, o usar un escáner 3D para digitalizar el objeto real, es decir, un modelo 3D, y puede imprimir cosas en como poco como quince minutos. En la actualidad, 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 de tecnología relativamente alta que se funde en condiciones de irradiación láser de alta temperatura. Extienda una capa de polvo fino sobre el banco de trabajo y escanee la sección transversal de la capa con el rayo láser para elevar la temperatura hasta el punto de fusión, a fin de realizar la sinterización y la unión, repetir la distribución, sinterización, molienda y secado del polvo. hasta que se forme el modelo. De hecho, la impresión 3D es impresión 2D una y otra vez. Si cortas un objeto muy fino, encontrarás que cada trozo tiene una forma. Si juntas todas las formas, obtienes un objeto de estructura tridimensional. Por eso utilizamos 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; Si bien la resistencia de las piezas moldeadas de SLA es relativamente pobre, por ejemplo, las piezas de trabajo de SLA moldeadas con resina epoxi son susceptibles a la humedad y los productos químicos. Corrosión, se ablandará y deformará en un ambiente superior a 38 °C, pero la precisión de formación es alta.

SLA: proceso de moldeo por estereolitografía

SLA es una tecnología de fotopolimerización relativamente desarrollada en China en la actualidad. La "estereolitografía" es cuando el rayo láser delinea la forma de la primera capa del objeto en la superficie de la resina líquida, y luego la plataforma de producción desciende una cierta distancia (entre 0,05 y 0,025 mm) y luego se sumerge la capa solidificada. en la resina líquida, etc. La resina utilizada es una resina fotosensible, que formará un estado sólido después de ser irradiada por el rayo láser, y el modelo de formación es rápido y preciso.

DLP: proceso de moldeo por estereolitografía

Procesamiento de luz digital DLP, conocido como tecnología de modelado láser. La tecnología de impresión 3D DLP tiene muchas similitudes con la tecnología de impresión 3D SLA. Si la producción se compara con dibujar un círculo con un lápiz, entonces la tecnología SLA equivale a dibujar capa por capa, mientras que DLP equivale a estampar directamente. La producción en masa que perseguimos tiene dos puntos muy importantes, uno es la eficiencia y el otro es el coste del material. Existe una impresora 3D que puede imprimir cientos de veces más rápido que la fabricación tradicional, es decir, la tecnología cara a cara, que ha sido desarrollada por una empresa de Shenzhen, Light Prism Technology. Se necesitan de 2 a 5 horas para imprimir una bola hueca con la impresión 3D FDM tradicional, y una hora como máximo, pero solo se necesitan unos 10 minutos para imprimir con la última tecnología cara a cara. La velocidad de impresión es asombrosa. Una vez que esta impresión 3D esté en el mercado, el impacto en la artesanía tradicional seguirá siendo grande.

FDM: proceso de moldeo por deposición fundida

En comparación con las tecnologías DLP y SLS, la tecnología FDM es relativamente simple, por lo que tiene una gran audiencia y es más fácil ingresar a la familia. El prototipo se construye directamente a partir de 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 una estructura mecánica simple, un diseño sencillo, un bajo costo de fabricación, costo de mantenimiento y costo de material, y ninguna contaminación para el medio ambiente. Por lo tanto, FDM es también la tecnología más utilizada en las impresoras 3D de escritorio domésticas. Es un método de impresión relativamente tradicional, que no utiliza láser y tiene un bajo costo, pero la precisión no es alta y la velocidad de impresión es muy lenta. Este es el método más accesible para todos y generalmente se utiliza en el mercado educativo.

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

Ventajas de la impresión 3D

(1) Personalización

Tomando 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.

(2) muestra en tiempo real

Debido a la rápida velocidad de la impresión 3D, el diseñador diseña una versión del producto por la mañana y el líder 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 la velocidad de desarrollo de nuevos productos. Si no es particularmente complicado, la impresión 3D puede producir productos terminados en 3 horas, mientras que las pruebas tradicionales tardan entre 4 y 6 semanas cada vez, por lo que la velocidad general del diseño industrial también mejora.

(3) Sin contaminación

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

(4) Dataización

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

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

(5) Rápido

En comparación con los procesos industriales tradicionales, la impresión 3D no requiere preparativos preliminares como mano de obra y transporte. Sólo necesita máquinas y materias primas y puede ponerse en producción rápidamente.

(6) Automatización

Se puede decir que sólo hay una impresora 3D entre la imaginación virtual y la realidad. La producción con una sola tecla de la impresión 3D ahorra muchos costes laborales y errores humanos.