¿Qué es la fabricación aditiva?
La fabricación aditiva es un proceso en el que los materiales se construyen, capa a capa, para crear piezas tridimensionales a partir de datos de modelos 3D. El proceso de fabricación, también conocido como impresión 3D, tiene sus orígenes industriales a mediados de la década de 1980. Patentado por el físico estadounidense Chuck Hall, el proceso de estereolitografía utilizaba un rayo láser para endurecer plástico líquido capa a capa. Esto permitió a la industria producir material de forma mecánica. Cualquier componente con formas y estructuras internas complejas podía fabricarse a partir de un modelo CAD en 3D.
Desde entonces, la ilimitada libertad de diseño de la fabricación aditiva ha inspirado a investigadores de todo el mundo y sigue inspirando el desarrollo de nuevos procesos y aplicaciones de materiales. El plástico ya no es el único material utilizado. También se utilizan la cerámica, los tejidos orgánicos y diversos metales. Las posibilidades de la fabricación aditiva están lejos de agotarse y todo apunta a que el uso de procesos aditivos irá en aumento en todos los ámbitos de la producción industrial.
Procesos aditivos: Los siete gloriosos
En principio, las impresoras 3D de metal son similares a los procesos de una impresora de inyección de tinta. Por eso se utiliza más el término impresión 3D. La norma ISO/ASTM 52900 clasifica los sistemas de fabricación aditiva disponibles en el mercado en siete procesos diferentes. Sus principios básicos difieren significativamente, sobre todo en lo que respecta a los materiales utilizados y la forma en que se construyen las capas de material. Por ejemplo, el material base para la impresión 3D puede ser líquido, en polvo, viscoso o sólido. Dependiendo de la tecnología, el material se solidifica y se construye por fusión, sinterización, laminación, unión o polimerización.
Fusión de lecho de polvo (PBF)
La fusión de lecho de polvo (DIN: fusión basada en lecho de polvo) es el proceso dominante en la industria metalúrgica. Los componentes se fabrican acumulando material capa a capa. Las capas individuales corresponden a "rebanadas" horizontales de una imagen CAD tridimensional de la pieza que se va a fabricar. A continuación, estas capas se utilizan para calcular un programa de control que dirige un rayo láser o de electrones a través de estos cortes con gran precisión para fusionar el material en toda su superficie. La zona se adhiere a la capa anterior y se solidifica al enfriarse el material. Una vez que la capa se ha fundido, se aplica una nueva capa de polvo. DMG MORI está representada con éxito en el mercado con la serie LASERTEC SLM.
Extrusión de material (MEX)
En el proceso de extrusión de material, el material se dispensa selectivamente a través de una boquilla u orificio. La boquilla móvil, también conocida como extrusor, aplica una capa de material, tras lo cual se eleva o se baja el extrusor o la plataforma de construcción y se repite el proceso. Con MEX se pueden imprimir diversos materiales. La mayoría son termoplásticos (por ejemplo, ABS, nailon, PEEK, PLA). En general, la extrusión de materiales puede procesar materiales pastosos. Entre ellos se incluyen el hormigón o la cerámica, pero también productos alimentarios como el chocolate o la masa.
Fotopolimerización en cuba (VPP)
En el proceso VPP (DIN: fotopolimerización basada en baño), la resina de polímero líquido se cura selectivamente en un tanque mediante polimerización activada por luz. Los dos tipos comunes de VPP utilizan un láser o diodos emisores de luz (LED) junto con el procesamiento digital de la luz (DLP) como fuente de energía para polimerizar la resina. Los sistemas VPP basados en láser suelen curar una capa antes de bajar el volumen de construcción y aplicar una nueva capa de fotopolímero líquido a la zona de construcción.
Inyección de aglutinante (BJT)
En el proceso de inyección de aglutinante (DIN: aplicación de aglutinante por chorro libre), un cabezal de impresión aplica gotas de un aglutinante al material y fusiona las partículas siguiendo un patrón predeterminado. Se pueden procesar polímeros, metales, cerámica o arena. Una vez completada una capa, la plataforma de impresión se desplaza hacia abajo y se aplica una nueva capa de polvo a la plataforma de construcción. Las piezas producidas mediante el proceso de inyección de aglutinante suelen requerir un tratamiento posterior para mejorar sus propiedades mecánicas. Esto puede implicar añadir un adhesivo adicional o colocar la pieza en un horno para sinterizar las partículas.
Chorro de material (MJT)
En el proceso MJT (DIN: aplicación de material por chorro libre), se aplican selectivamente gotas de un fotopolímero u otro material similar a la cera a través de los cabezales de las boquillas. Se utiliza luz UV para curar y solidificar el material. Una vez curada una capa, las boquillas del cabezal de impresión aplican nuevo material capa a capa. Este proceso puede utilizarse para imprimir diferentes combinaciones de materiales para crear diferentes propiedades del material o colores en toda la pieza.
Deposición de energía dirigida (DED)
En el proceso de deposición de energía dirigida (DIN: aplicación de material con aporte de energía dirigida), se funde un material mediante la aplicación de energía térmica dirigida. El material de partida es un polvo metálico o un alambre. El proceso produce piezas con forma casi de red y suele requerir mecanizado para lograr las tolerancias necesarias. Por este motivo, el proceso DED se combina a menudo con una fresadora (comercializada por DMG MORI como la serie híbrida LASERTEC DED). El proceso DED también puede mecanizar más de un material. Una característica especial es que también puede utilizarse para reparar piezas dañadas aplicando el material directamente en las zonas dañadas.
Laminación de láminas (SHL)
La laminación de láminas (DIN: laminación de capas) es la unión de componentes apilando y laminando capas finas de material mediante un proceso adhesivo o de soldadura. Entre los materiales que pueden laminarse se encuentran el metal, el papel, los polímeros o los compuestos. Los contornos de las capas suelen crearse en un proceso de mecanizado antes o después de aplicar una capa o material. Las posibles variantes del proceso son la fabricación aditiva por ultrasonidos (UAM), la laminación por deposición selectiva (SDL) o la fabricación de objetos laminados (LOM). En comparación con otras técnicas aditivas, estos procesos son relativamente baratos y rápidos, pero también ofrecen un diseño menos preciso.
Fabricación aditiva: una tecnología prometedora
La enorme versatilidad de la fabricación aditiva queda patente en la variedad de formas y materiales que pueden procesarse. Como resultado, la fabricación aditiva ya se ha establecido en muchas áreas de aplicación, como la ingeniería mecánica, la fabricación de herramientas y moldes, la tecnología médica y la industria aeroespacial. En cuanto al notable potencial de la tecnología de impresión 3D, aún se encuentra al principio de sus posibilidades. En general, se dice que tiene el poder de cambiar de forma profunda y sostenible la fabricación industrial, siempre impulsada por la visión de poder fabricar productos individualizados y personalizados de forma rápida y rentable. Los materiales, el tamaño de los componentes, la precisión, la fiabilidad y la repetibilidad están en el centro del proceso de desarrollo. Otros retos son el posprocesamiento automatizado, la estandarización de los procedimientos de fabricación aditiva y de ensayo, y la formación de los operarios e ingenieros responsables del diseño y construcción de piezas aditivas, máquinas CNC y centros de mecanizado.
Versátil más allá del uso industrial
La historia de la fabricación aditiva no se limita a la industria. En medicina, por ejemplo, las aplicaciones potenciales van desde la educación y el diagnóstico hasta la preparación de procedimientos quirúrgicos y la fabricación de implantes y prótesis médicas individuales. También se han depositado grandes esperanzas en la visión de la "bioimpresión", la "impresión" de las células del propio cuerpo. Sin embargo, la impresión 3D con materiales orgánicos está aún en fase de investigación básica.
En la construcción y la arquitectura, las posibilidades de la fabricación aditiva son más tangibles y, por tanto, más fáciles de imaginar. La producción de modelos de diseño en 3D para la planificación de la construcción ya es habitual. Incluso imprimir el armazón de una casa ya no es una utopía. La productividad, la automatización CNC y las ventajas medioambientales de la fabricación aditiva están impulsando la implantación de estas aplicaciones.
Los procesos de fabricación aditiva despiertan el interés por la tecnología y la innovación
La impresión 3D y la fabricación aditiva son cada vez más populares también en el sector privado. Prueba de ello no sólo es la popularidad de las autoimágenes materializadas, sino también las impresoras que ofrecen las tiendas de descuento y las numerosas comunidades 3D donde los inventores comparten trucos y datos. Existe un estado de ánimo generalmente positivo en torno a los procesos de fabricación aditiva, que tiene el valioso efecto secundario de aumentar el interés por la tecnología y la innovación en la sociedad. Los innumerables pequeños ejemplos del sector privado muestran claramente cómo la impresión 3D puede reducir significativamente el impacto medioambiental gracias al bajo consumo de energía y materiales y a la menor cantidad de residuos en la producción personalizada.
¿Quiere saber más sobre la excepcional oferta de DMG MORI en fabricación aditiva? Nuestra entrada de blog "El futuro de los procesos de fabricación aditiva" le ofrece una visión de las máquinas de lecho pulvimetalúrgico de la serie LASERTEC SLM y de las ventajas únicas de las máquinas híbridas LASERTEC DED y LASERTEC DED.