Tipos de impresion 3D

Desarrollo de la tecnologia en la impresion 3D (manufactura aditiva AM)

La tecnología en manufactura aditiva surge como resultado del desarrollo de diferentes sectores tecnológicos. Debido a los avances de capacidad computacionales y reducimiento de costos en almacenamiento masivo permitiendo el procesamiento de datos en modelado 3D empleando Modelo Asistido por Computadora CAD. Actualmente contamos con ordenadores potentes que nos permiten trabajar sin interrupción, realizar renders de alta calidad, emplear maquinas automatizadas complejas. Siendo en ocaciones complejo poder imaginar como los pioneros e esta área tuvieron que trabajar para desarrollar las primeras maquinas de manufactura.  

Como muchas otras tecnologías, la manufactura aditiva surge gracias al surgimiento de los sistemas comunicacionales. Invenciones como la bulbos, transistores, microchips permitieron reducir el tamaño de las computadoras, mejorando su velocidad, su costo y funcionalidad. Este desarrollo ha sido tan rapido que incluso Bill Gates se sormprendio cuando peso en 1981 que 640 kb eran suficientes para cualquien computadora de Windos, pero admitio su error en 1989 al dirigirse al club de ciencias  computacionales de la Universidad de Waterloo.

Sistema de computo para el manejo de impresora 3D

Entre las caraceristicas ha considerar en el ordenador se encuetran:

  • Procesador: Los archivos de las piezas pueden ser muy grades y utilizar gran capacidad de almacenamiento y se requiere de gran poder para poder manipular las figuras mientras se comunica con la configuración de la maquina
  • Capacidad de los gráficos: Una buena interfaz gráfica de usuario facilitara la configuración así como el manejo de la impresora 
  • Controladores: Adaptabilidad en los controladores necesarios para el manejo de la impresora a utilizar, proporcionando así  un funcionamiento optimo y de precisión
  •  Redes: ya que a menudo los archivos se envían con conexión a Internet 

A demás de los computacionales existen otras áreas que han contribuido para el desarrollo de la impresión 3D o manufactura aditiva.

Tecnologías por Laser

Entre las primeras tecnologías de manufactura aditiva están desarrolladas empleando láseres. Los láseres proporcionan un haz de luz de alta intensidad y permite ser direccionado rápidamente de manera controlada con el uso de espejos. La impresión 3D requiere solidificar el material capa por capa de manera selectiva, siendo así los láseres los candidatos ideales, siempre y cuando la energía proporcionada por el láser sea adecuada a los mecanismos de transformación del material. Hay dos tipos de procesamientos  por láser en la manufactura aditiva; por curado y calefacción. Para los fotopolimeros es necesario emplear una frecuencia de láser de cuerdo al tipo de resina líquida que se emplea para que su curado o solidificación.  Por lo regular se emplean en rangos ultravioleta pero estas pueden variar. Para la tecnología por calentamiento se requiere que el laser entregue suficiente energi termica para cortar una lamina del material solido para que los polvos se derritan o para la formación de laminas. En el proceso de impresion por polvos, la clave es fundir de manera controlada y precisa el material sin crea una gran acumulacion de calor. 

Impresión por inyección o goteo

La tecnología de impresión por inyección o goteo ha incrementado su desarrollo en los últimos años. Mejorando su resolución y reducción de costos  en la impresión de alta resolución en múltiples colores. Con el avance en materiales ahora se pueden generar presiones mucho mas altas, para la inyección de materiales con alta viscosidad, incluso logrando imprimir materiales fundidos. Logrando utilizar esta tecnología para la impresión de resinas fotocurables y fundidas, así como aglutinantes para polvos. Debido a que los cabezales son dispositivos compactos y controlados es posible producir tecnologías de manufactura aditiva de bajo costo, alta resolución y rendimiento.

Controladores Lógicos Programables

El control de los procesos de la maquina de impresion 3D empleando microcontroladores para la reduccion de las diferentes etapas del siatema de manufactura permiten un mejor envió de señales de los sensores de entrada para los actuadores.

Materiales

Las maquinas de manufactura aditiva fueron creadas para la utilizaciones de materiales ya existentes, pero estos materiales no contaban con las propiedades mecánicas necesarias para la versatilidad en las aplicaciones. Pero una vez dominada la tecnología de MA  ha habido un creciente desarrollo en las tecnologías de materiales apartándolos a los parámetros operativos de los diferentes procesos de fabricación, teniendo como resultado piezas mas resistentes, precisas y durabilidad.

Control Numérico Computarizado

Una de las razones por las cuales surgió la impresión 3D fue debido a que no se obtuvieron los resultados esperados de las maquinas de control numérico computarizado, ya que era lento, engorroso y difícil de operar a comparación de la manufactura aditiva que permite una configuración sencilla pero tenia poca precisión y capacidad limitada de materiales. Pero actualmente el mecanizado CNC ha mejorado dramáticamente al igual que las impresoras 3D. Siendo así para geometrías sencillas y de una sola mecanización el CNC es el método mas rápido para su fabricación, mientras que para geometrías complejas y con mayor volumen de material la impresión 3D.

Clasificación de tecnologías en Manufactura Aditiva.

Existen diversas formas de clasificar las tecnologías de la manufactura aditiva, uno de los métodos mas comunes es adecuado a la linea de base tecnológica del proceso, si se emplean láseres, impresión, extrusión, etc. Otro método de clasificación es mediante el uso de materia prima que se utiliza para la fabricación.

Sistemas de polimerización liquida

Entre los materiales mas utilizados se encuentran los polímeros líquidos. El primer modelo comercializado fue el sistema de estereolitografía 3D  basado en fotopolimeros, pero no solo los polímeros líquidos emplean esta tecnología ya que también se esta utilizado para la deposición de hidrogeles 

Sistema de particulas discretas

Las partículas discretas son normalmente polvos que se encuentran generalmente de manera uniforme en tamaño, forma y distribución. Las partículas mientras más finas mejor, pero pueden haber problemas si son demasiado pequeñas, en términos de dispersión y distribución. Se emplea tecnología láser controlada para poder fundir los polvos. Por lo tanto los polvos poliméricos deben de cumplir con un comportamiento termoplástico para su función y permita la adhesión de las capas posteriores.

 Existen dos principales sistemas que cumplen con esta condición, disponibles comercialmente, el sistema Sinterización Selectiva por Láser (Selective Laser Sintering SLS) tecnología comercializada por 3D Systems y los procesos EOSint desarrollados por la empresa alemana EOS

 

Sistemas por fundición de material

Los sistemas por fundición del material, se caracterizan por una cámara de precalentado que eleva la temperatura deldel material hasta llevarlo a su forma líquida o viscosa para ser depositado.  El método más conocido es el sistema de Modelado por Deposición Fundida (Fused Deposition Modeling), desarrollado por la empresa estadounidense Stratasys.

Este sistema consta de un extrusor que deposita el material a través de una boquilla de manera uniforme