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La impresora 3D más rápida y por qué no la necesita
En este artículo, le informaremos sobre la impresión 3D rápida y si puede obtener impresiones de alta calidad. También hablaremos sobre sus aplicaciones, tecnologías utilizadas e impresoras 3D que pueden funcionar increíblemente rápido.
Introducción
La impresión 3D permite la producción de modelos complejos a muy bajo costo. Sin embargo, hay un inconveniente sustancial: el proceso de impresión es lento y lleva demasiado tiempo.
Por ejemplo, cuando se utiliza la tecnología de modelado por deposición fundida (FDM / FFF), el grosor de la capa será de aproximadamente 0,1-0,4 mm. Por lo tanto, para producir un modelo de 10 cm de altura, la máquina deberá imprimir entre 250 y 1000 capas. Teniendo en cuenta que normalmente las impresoras 3D funcionan a una velocidad de 30-150 mm / seg, para conseguir un modelo pequeño de complejidad media tendrás que esperar de 3 a 11 horas. La impresión de modelos más grandes puede llevar varios días, incluso si la impresora 3D funciona día y noche. Además, cuando se trata de impresión FDM, una alta velocidad de impresión conduce a una calidad deficiente.
Fuente: Garrett Kearney
En las industrias del automóvil, aeroespacial y de la salud, incluida la odontología, la impresión 3D se ha utilizado de manera constante durante mucho tiempo. Empresas y profesionales de estos campos siguen buscando formas de acelerar el proceso de creación de modelos, ya que cuanto más baratos aparecen en el mercado productos de alta calidad, mayores son las posibilidades de incrementar sus ventas. Esta es una de las principales razones por las que los fabricantes de 3D se esfuerzan por aumentar la velocidad y desarrollar nuevas tecnologías de impresión 3D de alta velocidad. Para ver qué tan rápido funciona realmente la impresión, vea el video a continuación: el modelo de la Torre Eiffel se imprime en solo unos minutos.
Tecnologías de impresión 3D ultrarrápidas
La tecnología CLIP (Continuous Liquid Interface Production) fue desarrollada por Carbon 3D. La tecnología en sí se basa en la impresión 3D con resinas fotopolimerizables a una velocidad entre 20 y 100 veces superior a la de cualquier otra solución de impresión 3D disponible. Similar a la tecnología SLA ampliamente conocida, los modelos se imprimen capa por capa, sin embargo, es un proceso continuo, ya que la tecnología aprovecha el oxígeno como agente inhibidor. Este enfoque no solo reduce el tiempo de producción, sino que también elimina el efecto de capas en la estructura de impresión.
Fuente: https://www.autocarpro.in/
Nexa3d introdujo una tecnología similar llamada LSPc (fotopolimerización de subcapa lactante). Básicamente, es similar a la tecnología CLIP; también imprime a una velocidad increíble, utilizando luz y oxígeno. Sin embargo, esta tecnología está destinada a un público más amplio y es más asequible que la impresión de alta velocidad que ofrece Carbon3D.
Fuente: https://www.3dprintingmedia.network/
Ahora analicemos ambas tecnologías en detalle.
ACORTAR
Según el sitio web Carbon3D, la tecnología CLIP se basa en un proceso químico, en el que el oxígeno y la luz se utilizan de forma selectiva para el curado de la resina. La luz ultravioleta provoca la fotopolimerización e inicia el proceso de reticulación en la resina líquida, lo que conduce a la solidificación. El oxígeno tiene el efecto contrario. Detiene la polimerización de la resina líquida y evita el curado en esa área en particular. Más adelante explicaremos cómo funciona.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Cómo funciona
El principio de funcionamiento de una impresora CLIP es el siguiente: en el fondo del depósito con resina líquida hay una ventana transparente permeable a la luz y al oxígeno. Debajo de la ventana, hay un proyector que emite luz ultravioleta.
Entre la ventana y la parte de impresión se encuentra la llamada «zona muerta», que es una interfaz líquida de resina sin curar. Esta zona rica en oxígeno separa la impresión de la ventana, evitando que se peguen entre sí. Esto permite curar las capas una por una sin tener que detener el proceso para separar la impresión de la ventana y elevar el modelo para liberar espacio para la siguiente porción de resina. Esta es una de las principales ventajas sobre otras tecnologías de estereolitografía y la razón por la que esta tecnología proporciona una velocidad mucho mayor.
La zona muerta tiene solo decenas de micrómetros de espesor. La resina sobre la zona no recibe oxígeno y se polimeriza cuando se somete a la luz UV, formando una sustancia sólida con la forma de acuerdo con la forma de las imágenes UV proyectadas. La impresión lista se extrae lentamente del líquido a medida que se polimeriza.
Fuente: https://3dbuilders.pro/
Una vez que se imprime el objeto, se hornea en un horno de circulación forzada con una temperatura establecida. Esto provoca una reacción química que fortalece la impresión. Este proceso se conoce como curado térmico. Se dice que el proceso de curado doble utilizado en la impresión CLIP permite producir materiales de grado de ingeniería.
Rapidez y calidad
Durante el proceso de impresión, la plataforma de construcción de la impresora se eleva continuamente a medida que el objeto crece. No requiere ningún movimiento mecánico de la estructura como en la impresión FFF y SLA. De esta forma, se proyecta la secuencia continua y el objeto se imprime sin paradas, lo que lo hace de mayor calidad, ya que se elimina la influencia de la cinemática en la precisión de la estratificación.
Fuente: https://www.futuretimeline.net/
La tecnología CLIP permite imprimir entre 25 y 100 veces más rápido que los métodos habituales. Carbon3D publicó un cuadro comparativo en su sitio web como prueba.
Fuente: https://www.youtube.com/
La tecnología CLIP es utilizada por dos modelos de la serie M: Carbon M1 y Carbon M2. M1 ofrece un volumen de construcción de 144х81х330 mm y M2 – 190х118х326 mm. Ambas impresoras pueden conectarse a Internet para descargar actualizaciones. Carbon3D también utiliza Internet para monitorear y recopilar datos: el fabricante promete mejorar la calidad de los servicios y eliminar rápidamente todos los errores detectados.
Solicitud
Las impresoras CLIP 3D no son baratas, pero las grandes empresas se interesaron rápidamente en ellas. Por ejemplo, Adidas, Ford, Resolution Medical Inc, un fabricante de equipos médicos en Minneapolis, TruVenture Composites LLC, etc. Este aumento de popularidad se explica por la alta precisión y velocidad que permiten producir productos de alta calidad con un costo principal menor que el de los productos elaborados con métodos tradicionales.
Fuente: https://singularityhub.com/2
Ahora hablemos de los casos de aplicación.
Adidas
Adidas, un fabricante de ropa deportiva, probó zapatos 3D en el mercado al lanzar la serie «Futurecraft» a principios de 2020. Las suelas de los zapatos se imprimieron en 3D en máquinas Carbon3D. A pesar de ser solo una prueba de concepto y el precio de € 300 por par, todo el lote se agotó de inmediato. Tal éxito trajo consigo la integración de esta tecnología en la producción en masa. Posteriormente el proyecto evolucionó y ahora se llama «ALPHAEDGE4D»
Según Adidas, la impresión 3D hace que la producción en masa sea 9 veces más rápida. También se mejora el ciclo de producción de un solo detalle. En ese momento, se necesitan 90 minutos para producir una entresuela, mientras que las nuevas impresoras Carbon 3D acortan el tiempo de producción a 20 minutos.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Adidas está desarrollando actualmente “Speedfactory”, su propia red de producción automatizada con impresoras Carbon 3D. Se estima que el volumen de producción alcance el medio millón de pares por año.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Vado
A principios de 2020, Ford, un fabricante de automóviles de fama mundial, exhibió piezas de uso final, impresas en una impresora Carbon 3D. Los primeros componentes impresos en 3D incluyeron piezas de Ford Focus HVAC (calefacción, ventilación y refrigeración), tapones auxiliares Ford F-150 Raptor y soportes de freno de mano eléctricos Ford Mustang GT500.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Ford también usó impresoras Carbon3D para producir ojales de elastómero para el Focus Electric. Los ojales se utilizan para proteger el cableado de daños por láminas de metal cuando se abren o cierran las puertas. Los detalles se probaron con los impresos por métodos tradicionales. Las piezas no solo se fabricaron un 66% más rápido, sino que también conservaron la calidad y las características de sus contrapartes fabricadas tradicionalmente.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Otra gran ventaja de las tecnologías 3D: durante el proceso de fabricación, los ingenieros de Ford se encontraron con un problema grave. Después de colocar un motor V8 en la estructura de la carrocería de un nuevo vehículo, el diseño creó una tapa de llenado de aceite inalcanzable porque el motor estaba ubicado más abajo y más atrás debajo del capó. Usando un prototipo impreso en 3D, los ingenieros lograron diseñar y crear rápidamente un conector de aceite y evitar un costoso rediseño durante la etapa de fabricación del vehículo.
Por qué no necesita una impresora CLIP 3D
Carbon3D tiene un modelo de negocio peculiar: la empresa no vende sus impresoras directamente. En cambio, ofrecen un servicio de suscripción, todos aquellos que deseen utilizar la máquina deben arrendarla. La empresa afirma que es una política de atención al consumidor. De esta manera, no tendrá que preocuparse de que la máquina quede desactualizada en un par de años, simplemente puede cancelar su suscripción. Se proporciona soporte técnico para todos los usuarios y las actualizaciones de software se realizan de forma regular.
Fuente: https://www.carbon3d.com/
Según el sitio web de Carbon3D, a partir de enero de 2020, la suscripción anual M1 tiene un precio de € 40,000 / año y M2 – € 50,000 / año. Además de la impresora, los clientes obtendrán equipos para hornear y limpiar. La suscripción no incluye materiales y requiere la instalación de la impresora y una tarifa de capacitación inicial por separado.
Fuente: https://singularityhub.com/
Como resultado, es racional usar impresoras Carbon3D solo cuando la rentabilidad está garantizada, ya que requieren inversiones constantes y considerables y su operación solo es posible en regiones donde los servicios de la empresa están disponibles.
A pesar de todas las ventajas de la tecnología CLIP, no podemos recomendar las impresoras Carbon3D a todo el mundo. Son los más adecuados para grandes empresas de fabricación ubicadas no lejos de las oficinas del fabricante.
LSPc
La característica clave de las impresoras 3D fabricadas por Nexa3D es la tecnología LSPc o fotopolimerización de subcapa de lubricante. Es similar a la tecnología utilizada por Carbon3D pero difiere en una serie de características. Más sobre esto más adelante.
La velocidad de impresión es de hasta 1 cm por minuto, lo que, en comparación con FDM y SLA, reduce significativamente el tiempo necesario para imprimir.
Fuente: https://www.3ders.org/
Fuente: https://www.3ders.org/
Nexa3D afirma que su tecnología hace que la impresión 3D sea adecuada para el uso diario gracias al proceso de recarga simplificado. En CES 2020, Nexa3D mostró sus impresoras 3D con tecnología LSPc: NXE400 con un volumen de impresión de hasta 16 litros y la NXE200 de 7 litros. El costo de las máquinas varía de € 19,950 para el NXE200 a € 49,950 para el NXE400. Las impresoras vienen con cartuchos fabricados por la empresa y un par de películas transparentes autolubricantes.
Características de la tecnología
LSPc se diferencia de los métodos tradicionales capa por capa utilizados en DLP y SLA. Es principalmente similar a CLIP pero funciona un poco diferente. El diseño presenta una película autolubricante ubicada entre el fondo del tanque de resina y el modelo impreso. El curado se realiza mediante una matriz de luz estructurada patentada.
Aquí, una película autolubricante tiene la misma función que la zona muerta en la tecnología CLIP. Evita que el objeto se adhiera al fondo del tanque y hace que el proceso de impresión sea continuo, lo que permite las mismas ventajas: no es necesario elevar la impresión al espacio libre, alta velocidad y precisión, así como sin capas visibles.
Fuente: https://www.3dprintingmedia.network/
Gracias a la matriz de luz y la ausencia de capas, además de un aumento significativo de la velocidad, la tecnología LSPc también proporciona un alto nivel de precisión a lo largo de los ejes XY y Z. Según los fabricantes, las impresoras Nexa3D son adecuadas tanto para la creación de prototipos industriales como para la fabricación de pequeño volumen. La máquina funciona con un software intuitivo, con el que puede configurar todos los parámetros de impresión. Las impresoras 3D Fast LSPc están equipadas con sensores integrados que permiten evitar de forma eficaz errores graves y lograr un proceso de impresión estable. Los algoritmos especiales permiten a la impresora cortar, optimizar y compilar de forma adaptativa modelos de geometría compleja con velocidad estable y alta resolución.
Fuente: https://3dprint.com/
Los sistemas LSPc están equipados con cartuchos de resina reemplazables, lo que elimina la necesidad de recargas durante el proceso de impresión. Esto es especialmente útil al crear impresiones a gran escala.
Vea la tecnología LSPc en acción:
Solicitud
Las impresoras Nexa3D pueden usar una amplia variedad de materiales con diferentes propiedades, lo que las hace adecuadas para su uso en las industrias aeroespacial y automotriz, bienes de consumo, equipos electrónicos y muchos más campos.
Fuente: https://nexa3d.com/
Equipo dental
En International Dental Show (IDS) a principios de 2020, Nexa3D, junto con BEGO, un importante fabricante alemán de equipos dentales, presentó Varseo XL, una impresora 3D a gran escala. La máquina está diseñada para imprimir guías quirúrgicas, bandejas, restauraciones permanentes, puentes y coronas a partir de resinas dentales.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
El mismo modelo bajo el nombre de MfgPro1600 xPF tiene licencia de Nexa3D y es producido por la conocida XYZprinting.
La velocidad de la impresora es de hasta 1 cm / min en el eje Z y 2700 cc / hr, que es seis veces más rápida que las impresoras FDM y SLM. Al mismo tiempo, VarseoXL tiene un volumen de construcción cinco veces mayor que la mayoría de las impresoras 3D de resina. Todas estas características combinadas permiten un aumento de rendimiento de más de diez veces. Es por eso que BEGO considera que este sistema es una de las impresoras 3D para laboratorios dentales más productivas y económicas.
Fuente: https://3dprintingindustry.com/
Industria automotriz
Nexa3D expandió su presencia en la industria del automóvil al asociarse con Techniplas, un proveedor líder mundial de diseño y fabricación de productos y servicios automotrices. Uno de los objetivos de este proyecto conjunto es unir a representantes de la industria 3D para desarrollar tecnologías de producción. Como parte del proyecto, Nexa3D y Technipals co-exhibieron en CES 2020 junto con otras empresas de impresión 3D.
Fuente: https://www.shangyexinzhi.com/
Fuente: https://www.3dprintingmedia.network/
Conclusión
En general, LSPc tiene un gran futuro. La tecnología ayudará a reducir sustancialmente los ciclos de impresión 3D de horas a minutos. Las impresoras LSPc son más baratas que las máquinas CLIP. Gracias a ello y al estar más disponibles, este tipo de impresoras pueden ser de interés para los propietarios de pequeñas y medianas empresas.
Hoy en día, esta es la opción más recomendada para la impresión 3D de alta velocidad.
Hablaremos de otra tecnología de este tipo a continuación.
SLS
Como alternativa a LSPc y CLIP, le ofrecemos considerar la sinterización selectiva por láser (SLS). SLS es una de las tecnologías de impresión 3D más polivalentes y comunes que existen. Los detalles impresos con SLS se utilizan en todas partes: aviones, automóviles, teléfonos, etc.
Fuente: https://www.lynda.com/
Descripción de la tecnología
En la década de 1980, en la Universidad de Texas en Ostin, el Dr. Carl Deckard y el Dr. Joe Beaman desarrollaron y patentaron un proceso de desarrollo llamado Sinterización selectiva por láser. Este fue uno de los primeros métodos de impresión 3D, incluso 35 años después, esta tecnología todavía se está mejorando.
Fuente: https://all3dp.com/
SLS es un proceso de fabricación aditiva en el que las capas de polvo se sinterizan mediante un láser de alta potencia. El rayo láser sinteriza selectivamente el polvo capa por capa hasta que se crea un modelo 3D.
Aunque originalmente SLS estaba destinado a trabajar con materiales plásticos, más tarde se adaptó para trabajar con metales, vidrio y composites. Es por eso que el término SLS se utiliza para describir los procesos de impresión 3D de polvos de sinterización de diversos materiales, no solo nailon como en la mayoría de los casos.
Fuente: https://all3dp.com/
Un modelo 3D impreso con la tecnología SLS requiere un procesamiento posterior. Una vez realizada la impresión, el objeto permanece dentro de la cámara lleno de polvo sin sinterizar. El contenedor debe enfriarse antes de poder sacar la impresión. Este proceso puede tardar hasta 12 horas.
Una vez que la impresión se enfría y se saca del contenedor, es necesario limpiarla para eliminar el polvo restante. El polvo sin sinterizar que queda después del proceso se puede recolectar y usar nuevamente.
Fuente: https://www.youtube.com/
En los últimos años, la aparición de las impresoras SLS de escritorio supuso una revolución en el mercado de la impresión 3D. A diferencia de sus homólogos industriales, las impresoras 3D compactas son más asequibles para los usuarios y las pequeñas empresas con un presupuesto limitado o falta de espacio para un sistema más grande.
Fortalezas y debilidades
Como cualquier otra tecnología de impresión 3D, SLS tiene sus propias fortalezas y debilidades. Por lo tanto, antes de invertir en una impresora SLS, repasemos las características clave de la tecnología.
Fuente: https://www.antonmansson.com/
Los principales puntos fuertes de la tecnología SLS:
- Las piezas fabricadas suelen tener propiedades mecánicas isotrópicas, lo que las hace perfectas para prototipos funcionales y piezas de uso final.
- La impresión SLS 3D no requiere soportes, lo que simplifica la impresión de formas geométricas complejas y permite utilizar todo el volumen de construcción para impresiones, lo que aumenta la eficiencia.
- Las poliamidas, los materiales más comunes para la impresión SLS, tienen grandes propiedades mecánicas, es decir, buena rigidez y resistencia al desgaste, lo que las hace más adecuadas para la fabricación de piezas funcionales de uso directo.
Por ejemplo, el PA11 (poliamida 11, un tipo de nailon) se utiliza para fabricar carcasas para dispositivos y herramientas electrónicos, pedales de bicicleta y otros detalles, tan funcionales como los fabricados con métodos tradicionales.
Debilidades:
- La impresión 3D SLS sigue siendo relativamente cara y menos asequible que FDM y el segmento de presupuesto de la estereolitografía, aunque los supera en eficiencia y rigidez de los objetos impresos.
- Trabajar con polvo puede ser potencialmente peligroso si no se toman las precauciones adecuadas.
- Las piezas impresas con la tecnología SLS requieren un posprocesamiento para suavizarlas.
- Las impresoras SLS 3D no pueden reproducir grandes superficies planas o pequeños agujeros, debido al riesgo de deformaciones.
Fusible 1 de Formlabs
Fuente: https://formlabs.com/
A diferencia de la mayoría de las impresoras 3D industriales, Fuse 1 es más asequible, no requiere un mantenimiento de alto nivel y tiene una alta velocidad de impresión. El fusible 1 cuenta con una cámara de construcción de 165x165x320 mm, lo que permite imprimir modelos a gran escala. Esta es la primera impresora 3D SLS que proporciona productividad de nivel industrial a la vez que es de tamaño compacto.
Fuente: https://www.goprint3d.co.uk/
Formlabs Fuse te permitirá imprimir prototipos en 3D de vehículos y componentes electrónicos, crear bisagras, abrazaderas, poleas y otros artículos de conveniencia.
Impresora 3D Sinterit Lisa
Fuente: https://www.voxelfactory.com/
Sinterit Lisa fue la primera impresora 3D SLS de escritorio. Esta máquina compacta fabricada en Polonia hizo que la impresión SLS fuera más asequible, al tiempo que conservaba la alta calidad de impresión.
Sinterit Lisa imprime con un espesor de capa mínimo de 0.075 mm, la cámara de construcción es de 150х200х150 mm. Es una de las impresoras SLS 3D más asequibles del mercado. Puede consultar el precio actual en nuestro sitio web.
Fuente: https://www.youtube.com/
Al ser una impresora 3D de escritorio, Sinterit Lisa proporciona un volumen de construcción relativamente grande, especialmente para una impresora 3D SLS en un rango de precios de este tipo. La máquina te permitirá imprimir con Flexa Black / Grey, así como con PA12 más resistente y rígida. El modelo tiene una pantalla táctil para mayor comodidad.
Conclusión
SLS es la solución ideal para la fabricación de productos funcionales con geometría compleja. En comparación con otros métodos de impresión 3D, esta tecnología tiene pocas limitaciones cuando se trata de la construcción de impresión, lo que la hace adecuada para la producción a pequeña escala. Aunque la velocidad de impresión es inferior a la de las impresoras LSPc y CLIP, SLS sigue siendo mucho más rápida que FDM o SLM, y las impresoras SLS tienen un precio muy competitivo, lo que las hace ideales para las pequeñas empresas.
Fuente: https://medium.com/
Conclusión
La impresión 3D de alta velocidad permite producir en masa incluso objetos de alta calidad con geometría compleja. Teniendo en cuenta el costo de los materiales, la integración de tales máquinas en la producción suele ser rentable.
Las impresoras Carbon 3D tienen una velocidad y precisión impresionantes, pero el modelo comercial y un costo de uso y mantenimiento tan alto serán un factor decisivo para muchos clientes potenciales, especialmente las pequeñas empresas.
Las impresoras 3D LSPc son más asequibles: se pueden comprar sin ninguna suscripción, lo cual es una ventaja. Sin embargo, no son baratos y requieren costosos materiales patentados. Por eso, en la mayoría de los casos, solo son rentables cuando trabajan 24 horas al día, 7 días a la semana a la máxima capacidad. Para las pequeñas empresas, el uso de estas impresoras puede resultar desventajoso debido a su largo período de amortización.
Fuente: https://www.tested.com/
La impresión SLS 3D es una alternativa viable. Solía ser inaccesible debido al costo y tamaño del equipo, pero los últimos avances trajeron impresoras 3D SLS de escritorio más asequibles y compactas.
Los materiales no serán un problema: muchos fabricantes producen poliamidas y otros polímeros en polvo. No será posible hacer que los materiales sean propietarios.
Ahora, al comprar una impresora 3D de costo relativamente bajo, obtiene una máquina capaz de producir piezas funcionales de grado industrial. Esta impresora se amortiza rápidamente y sigue generando beneficios después.
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