20 Nov
Conceptos Fundamentales de la Fabricación Aditiva (AM)
Definición de Fabricación Aditiva e Impresión 3D
Definición de Fabricación Aditiva o Impresión 3D:
La Fabricación Aditiva (FA) es conocida como la creación rápida de prototipos o fabricación de forma libre. Se define como: “El proceso de unir materiales para crear objetos a partir de datos de modelos 3D, normalmente capa por capa, a diferencia de las tecnologías de fabricación sustractiva”.
La Fabricación Aditiva es el término general para la creación de objetos tridimensionales agregando material, mientras que la Impresión 3D es una forma específica de fabricación aditiva que se realiza añadiendo material capa a capa (como en el proceso FDM).
Flujo de Proceso de la Fabricación Aditiva
El flujo de trabajo estándar en la Fabricación Aditiva se compone de los siguientes pasos:
- Empieza con un modelo en 3D basado en CAD (Diseño Asistido por Computadora).
- Se guarda el fichero en formato .STL (Standard Tessellation Language).
- Se separa capa por capa, proceso conocido como slicing (rebanado).
- El sistema AM (Additive Manufacturing) recibe el archivo y se manda a fabricar.
- Post-procesado: Incluye la eliminación de soportes, limpieza, pintado, curado, etc.
Clasificación y Tipos de Procesos de Fabricación Aditiva
Los procesos de Fabricación Aditiva se clasifican en siete categorías principales:
Vat Photopolymerization (Fotopolimerización en Cuba): Una resina líquida fotosensible se solidifica capa por capa mediante luz ultravioleta (UV) o láser (ejemplos: SLA, DLP).
Material Jetting (Inyección de Material): Se depositan gotas de material líquido o fundido, que luego se solidifican (por luz UV o enfriamiento).
Binder Jetting (Inyección de Aglutinante): Se deposita un aglutinante líquido sobre una cama de polvo (metal, arena o cerámica) para unir las partículas.
Material Extrusion (Extrusión de Material): Un filamento termoplástico (u otro material) se funde y deposita capa por capa (ejemplos: FDM, FFF).
Powder Bed Fusion (Fusión de Lecho de Polvo): Un láser o haz de electrones funde selectivamente el polvo en un lecho capa por capa (ejemplos: SLS, SLM, EBM, HP MJF).
Sheet Lamination (Laminación de Láminas): Se unen capas de material en forma de láminas mediante adhesivo, calor o ultrasonido, y luego se cortan según la geometría deseada.
Directed Energy Deposition (Deposición de Energía Dirigida – DED): Un láser, haz de electrones o plasma funde el material (polvo o alambre) mientras se deposita directamente sobre la pieza.
Comparativa de Procesos de Impresión 3D
Definición del Proceso FDM (FDM Industrial vs. FFF)
El proceso de fabricación FDM (Fused Deposition Modeling), en su versión industrial, se caracteriza por imprimir grandes piezas de gran calidad. Las propiedades de los materiales son mejores que en FFF (Fused Filament Fabrication) de escritorio, y la temperatura está más controlada ya que la pieza está aislada del exterior. Es por ello que no se crea tanta tensión entre capa y capa.
Diferencia entre FDM y FFF / SLA y DLP
FDM vs. FFF: FDM es la patente registrada por Stratasys, mientras que FFF es el término genérico. Los sistemas FFF suelen ser más fáciles de usar, los filamentos son más grandes y, por lo tanto, la resolución es más baja. Las piezas se imprimen en poco tiempo.
SLA vs. DLP:
- SLA (Stereolithography): Utiliza un láser para curar la resina (cura un punto en concreto). Tiende a ofrecer un mejor acabado superficial.
- DLP (Digital Light Processing): Utiliza un proyector de luz para curar la capa completa de resina simultáneamente.
Preguntas Frecuentes sobre Aplicaciones y Propiedades
¿Qué proceso es adecuado para imprimir piezas pequeñas o grandes?
- Piezas pequeñas y sencillas: SLA y DLP. La definición y el detalle son mejores en estas tecnologías.
- Piezas grandes: Un robot o tecnología DED.
¿Qué proceso imprime en colores?
FDM, FFF y PolyJet.
¿Qué proceso es adecuado para obtener buena calidad superficial y tolerancia?
La tecnología SLA.
¿Qué proceso es adecuado para obtener buenas propiedades mecánicas?
En polímeros: HP Multi Jet Fusion (MJF), porque el polvo está compactado en los tres ejes del espacio, resultando en propiedades isotrópicas.
En metales: Powder Bed Fusion (PBF), específicamente SLM (Selective Laser Melting).
Definición de Propiedades Mecánicas
Isotrópicas: Las propiedades (como la rigidez, la conductividad o la resistencia) son idénticas sin importar la dirección en la que se midan.
Anisotrópicas: Las propiedades (como la rigidez, la conductividad o la resistencia) cambian dependiendo de la dirección.
¿Qué proceso no necesita soportes de fabricación? Razona tu respuesta.
Las tecnologías SLS (Selective Laser Sintering) y HP MJF (que utilizan polvo polimérico). La cuba entera está llena de polvo, el cual sirve de soporte natural para la pieza.
¿En qué proceso se reutiliza el material de impresión?
En los procesos de resina (SLA y DLP), la resina que sobra se utiliza para la siguiente impresión. También en las tecnologías de polvo en general (bien sea polímero o metal).
Formato de compra del material consumible
- SLA y DLP: Resina líquida.
- FFF: Bobina de filamentos.
- PBF (Fusión de Lecho de Polvo): Partículas de polvo.
Post-procesado de piezas impresas
(Nota: Este tema no se incluye en el alcance actual del documento.)
Proceso de impresión en Ugle (Resumen)
Explica el proceso que sigues en Ugle para imprimir (pero resumido un poco): https://docs.google.com/document/d/1kKt2MvXxHZZFRknYGDg7d3r6NCUAoadjwfepTGa9YwE/edit?tab=t.0
Ventajas, Desventajas y Limitaciones
Ventajas y Desventajas de la Fabricación Aditiva y 3D
(Nota: Este tema no se incluye en el alcance actual del documento.)
Ventajas:
- Permite crear estructuras ligeras y transpirables, lo que ayuda a reducir el peso de las piezas.
Desventajas:
- Coste de inversión: La maquinaria especializada puede tener un coste elevado.
- Acabado superficial: El proceso de impresión capa a capa puede resultar en un acabado superficial menos liso que requiere post-procesamiento.
¿Cómo afecta la calidad del fichero STL en el acabado de la pieza?
El formato STL representa la geometría mediante facetas triangulares. Si el tamaño de estos triángulos es grande, se pierde resolución. Cuanto más pequeños sean los triángulos, mejor se ajustan al diseño de la pieza y, por lo tanto, el acabado es mejor. Es por ello la importancia de un buen escaneado: cuanto más lejos se escanee, la resolución será peor.
Sectores de Aplicación y Limitaciones de Diseño
Cita algunos de los sectores donde se utiliza la Fabricación Aditiva: (Respuesta pendiente)
Todo lo que se puede diseñar ¿se puede fabricar? ¿Existen limitaciones en el diseño? (Respuesta pendiente)
¿Existe algún proceso relacionado con la soldadura?
Sí, el proceso DED (Directed Energy Deposition), ya que funde material mientras lo deposita, similar a técnicas de soldadura robótica.
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