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Qué es Additive Manufacturing?
La fabricación aditiva o Additive Manufacturing, también conocida como impresión 3D o prototipado rápido, es el proceso de fabricación de piezas a partir de un modelo 3D mediante la unión de materiales capa a capa.
El uso de la tecnología Additive Manufacturing para la fabricación de piezas metálicas se ha convertido en una de las técnicas industriales con mayor interés en la última década, no solo por la posibilidad de fabricación de prototipos para estudios de viabilidad y proceso, también por la fabricación directa de piezas metálicas de geometría compleja. El Additive Manufacturing está protagonizando una auténtica revolución industrial en varios sectores de mercado, especialmente en el aeroespacial, industrial y médico, aunque también en automoción, energético y de consumo.
Las tecnologías de fabricación de pieza metálica Additive Manufacturing se pueden clasificar en 2 grandes grupos. Por un lado, se encuentran las tecnologías basadas en fusión, en las cuales la pieza metálica se conforma fundiendo directamente el material metálico base, y por otro lado las tecnologías basadas en sinterización, en las cuales se imprime una pieza en verde que se somete a procesos posteriores de desbanderizado y sinterizado para obtener la pieza metálica final. El siguiente esquema representa la clasificación general de tecnologías Additive Manufacturing de metal basadas en fusión y sinterización según la norma ISO / ASTM 52900.
En base a estos objetivos marcados, se seleccionan las tecnologías basadas en sinterizado FDM (Fused Deposition Modeling) y Binder Jetting como modelo de implementación del Additive Manufacturing.
Definición de tecnologías fdm (fused deposition modeling) y binder jetting.
FDM y Binder Jetting son las tecnologías Additive Manufacturing más similares a la tecnología MIM en cuanto a propiedades finales de las piezas metálicas.
La tecnología de impresión FDM es el proceso por el cual se fabrican piezas capa a capa mediante la deposición de material extruido (polvo metálico + polímeros) a través de una boquilla. Esta tecnología puede utilizar filamento, pellets o barras como materia prima y, una vez impresa la pieza verde, se necesitan procesos de desbanderizado y sinterizado para obtener la pieza metálica final.
El proceso de fabricación de la tecnología Binder Jetting se basa en la deposición de una capa de polvo metálico sobre una plataforma de impresión y del aglomerado por deposición de material polimérico a través de una boquilla. Posteriormente, son necesarios procesos de curado del polímero en cada capa impresa y, una vez finalizada la impresión, el llamado proceso de-powder para eliminar el polvo restante y obtener las piezas en verde. Finalmente, se necesitan procesos de desbanderizado y sinterizado para obtener las piezas metálicas. El proceso de desbanderizado en piezas impresas por Binder Jetting resulta menos crítico de lo habitual, debido a que la cantidad de ligante depositado en la unión de capas es mínima. Esto provoca la eliminación del ligante de la pieza verde de manera sencilla, pero a la vez hace que las piezas en verde impresas sean frágiles y difíciles de manipular.
Debido al elevado interés industrial durante la última década, se ha formado un mercado de proveedores de máquinas de impresión altamente competitivo. Ecrimesa Group ha realizado en los últimos años un trabajo de benchmarking completo para evaluar a proveedores de impresoras 3D del mercado y comenzar con la implantación de la tecnología en sus instalaciones. Después del estudio comparativo de propiedades como la resistencia de la pieza en verde, calidad superficial, porosidad, deformación y coste de impresora, el grupo ha seleccionado las impresoras Studio System de Desktop Metal para desarrollo e implementación de la tecnología Additive Manufacturing, abriendo así la posibilidad de entrada en nuevos sectores de mercado y añadiendo valor a sus procesos de manufactura.
IMPRESORA STUDIO SYSTEM DESKTOP METAL
| Características principales impresora Studio System Desktop Metal | |
| Tecnología de impresión | FDM |
| Materia prima | Barras (cartuchos) |
| Materiales disponibles en Mimecrisa | 17-4PH, 316L, 4140 |
| Desbanderizado | Disolvente |
Diagrama de flujo de la fabricación de prototipos con impresora Desktop Metal:
Cuándo usar Additive Manufacturing en fabricación de piezas metálicas
El diseño de las piezas debe estar orientado a la tecnología de fabricación que se va a usar para su manufactura. Al igual que todas las tecnologías de fabricación convencionales, el Additive Manufacturing tiene limitaciones en cada etapa del proceso y se deben tener en cuenta desde el nacimiento de la pieza en su diseño. Desktop Metal ha desarrollado unas reglas básicas de diseño para tener en cuenta a la hora de diseñar piezas imprimibles. Estas reglas son recomendaciones, si se sobrepasan los límites impuestos en la tabla a continuación pueden aparecer problemas en las diferentes etapas de fabricación.
La impresora Studio System dispone 2 boquillas de impresión con diferente calidad, la boquilla estándar de 400µm de diámetro y la boquilla de alta resolución de 250µm. Las recomendaciones de diseño en la tabla a continuación están diferenciadas para ambas boquillas de impresión.
| Boquilla Standard 400µm | Boquilla de alta resolución 250µm | ||
|---|---|---|---|
 | Max tamaño de pieza | X 240mm Y 150mm Z 155mm | X 60mm Y 60mm Z 60mm |
 | Min tamaño de pieza | X 6mm Y 6mm Z 6mm | X 3mm Y 3mm Z 3mm |
 | Min espesor de pared | 1mm | 0.6mm |
 | Max pared sóldia | 10mm | 10mm |
 | Espacio de pared de relleno | 1.5-3.2mm | 1.75mm |
 | Min tamaño de taladro | 1.5mm | 0.75mm |
 | Min diámetro pin | 3mm | 1.5mm |
 | Min ángulo en voladizo | 40º | 40º |
 | Relación de aspecto | 8:1 | 8:1 |
 | Altura de capa | 0.15-0.3 mm | 0.05-0.15 mm |
 | Min relieve | X/Y W 0.45mm H 0.50mm Z W 0.25mm H 0.50mm | X/Y W 0.30mm H 0.30mm Z W 0.15mm H 0.30mm |
 | Min grabado | X/Y W 0.45mm H 0.50mm Z W 0.25mm H 0.50mm | X/Y W 0.30mm H 0.30mm Z W 0.15mm H 0.30mm |
 | Espacio libre entre componentes | 0.3mm | 0.2mm |
Respecto a las tolerancias dimensionales que podemos conseguir con esta impresora, Desktop Metal garantiza los valores descritos a continuación para el perfil de impresión standard, quedando pendiente la caracterización del resto de perfiles de impresión.
| Dimensión | Sigla | Medida | Tolerancia |
|---|---|---|---|
| Diámetro del pivote | D | <65 mm | ± 0.5 mm |
| Longitud | L | >65 mm | ± 0.8% L mm |
| Distancia entre pivotes | S | >65 mm | ± 0.8% S mm |
Las tolerancias obtenidas dependerán directamente de los procesos de impresión, desbanderizado y sinterizado. Para dimensiones por debajo de 65mm la tolerancia dimensional será de ± 0.5mm, mientras que para dimensiones mayores de 65mm la tolerancia dimensional será de ± 0.8% de la cota medida. Las tolerancias descritas se pueden garantizar siempre y cuando se cumplan las recomendaciones de diseño descritas en este artículo, de manera que si se sobrepasan alguno de los límites marcados, pueden medirse cotas fuera de tolerancia.
El acabado superficial es uno de los factores más importantes de las tecnologías Additive Manufacturing de metal. Siendo una de las principales limitaciones de la tecnología, serán necesarias operaciones secundarias de mejora de calidad superficial en multitud de aplicaciones. La rugosidad obtenida en las piezas impresas mediante la Studio System dependerá directamente del tamaño de la boquilla elegida para la impresión, así como del parámetro altura de capa de impresión.
Estrategia de negocio Additive Manufacturing
Los objetivos fundamentales para Ecrimesa Group en relación con la implantación de la tecnología Additive Manufacturing en sus instalaciones son:
- Fabricación de prototipos previa fabricación del molde con propiedades lo más parecidas posibles a las obtenidas con la tecnología MIM.
- Posibilidad de ofrecer al cliente estudios de diseño con prototipos previa fabricación del molde.
- Aceleración del proceso MIM mediante estudios sobre prototipos (posicionamientos de sinterizado, apoyos de sinterizado, estudio de deformaciones, defectos, etc).
- Fabricación de series cortas de piezas con geometría compleja, cuya inversión en molde MIM no procede por limitaciones geométricas o por el coste del mismo.
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