Escaners 3D

Aproximadamente 1 de cada 1900 recién nacidos en los EE. UU. Nace con un déficit de reducción de extremidades, y se estima que 30 millones de personas en todo el mundo necesitan una prótesis. De ellos, menos del 20% realmente tiene uno. Incluso en EE. UU., El país más rico y poderoso del mundo, muchos no tienen extremidades de reemplazo debido a los costos prohibitivos. A pesar de esto, en los EE. UU. Se realizan alrededor de 200.000 amputaciones al año, lo que deja a muchos con muñones que luchan por vivir como solían hacerlo. Pero las prótesis impresas en 3D ofrecen una solución potencial.

Estas dificultades se ven más ampliamente en los países más pobres, donde quienes nacen o adquieren una discapacidad luchan por encontrar una atención adecuada. Hay una escasez de 40.000 protésicos capacitados en los países más pobres, e incluso para los amputados que tienen acceso a un protésico, hay problemas como el tiempo y el dinero. Es posible que necesiten recorrer una gran distancia hasta el técnico, y una vez que lleguen allí, puede ser un procedimiento de una semana para evaluar las necesidades del paciente, producir una prótesis y colocarla. La mayoría no puede estar lejos de sus compañeros o niños tanto tiempo. Algunos no pueden irse por un día sin perder sus medios de vida y su fuente de alimentación.

Por tanto, existe un problema. Las tecnologías tradicionales de prótesis están dejando una brecha enorme entre quienes necesitan una prótesis y quienes la tienen. Se ajustan muy bien cuando están terminados, pero son costosos, tienen plazos de entrega prolongados y deben reemplazarse si el recibo aún está creciendo.

Prótesis tradicionales: el problema

Las prótesis modernas implican insertar la extremidad, como un brazo, en una funda de silicona y usar correas para mantenerla en su lugar. El proceso tradicional de creación de una prótesis de ajuste personalizado implica envolver el muñón en yeso para hacer un molde inverso, antes de dejarlo secar.

Luego, rellena este molde inverso con más yeso y déjalo endurecer. A continuación, se puede hacer un encaje que se ajuste, después de modificaciones adicionales para mayor precisión, al hueso del muñón. No es un proceso simple de ninguna manera, se requiere cuidado para evitar áreas sensibles o nervios, y el proceso puede demorar más de una semana debido a los tres días de fisioterapia involucrados en la adaptación.

Para agregar a esto, está el costo. Se trata de piezas únicas hechas a medida de polipropileno, acrílicos y poliuretano, así como una torre de aluminio o fibra de carbono. Estos no son baratos, y el hecho de que se fabriquen como un producto único en lugar de producirse en serie solo hace que el barco se mueva aún más. Se estima que el costo de una prótesis tradicional cuesta entre € 1,800 y € 8,000, y también deben reemplazarse cada cinco años, y los niños requieren reemplazos en dos.

Aquí hay tres puntos clave. Uno es tiempo , uno es costo y uno es accesibilidad . Las prótesis luchan en las tres áreas. ¿En qué se diferencian aquí las prótesis impresas en 3D?

Prótesis impresas en 3D: la solución

En lugar de pasar una semana con un técnico para adaptar perfectamente una prótesis, un escáner 3D puede hacer todo este trabajo en menos de 15 minutos, y el escaneo resultante se envía a todo el mundo, para ser impreso o analizado en 3D, en segundos. Además, existen prótesis impresas en 3D que se pueden fabricar en una variedad de colores, para que coincidan con el tono de piel del paciente, y por menos de € 30.

Una vez que se haya adaptado el diseño 3D de la prótesis, puede conservar los archivos STL para siempre. Esto significa que si le colocas a un niño de cinco años una prótesis de brazo impresa en 3D y se le acaba, puedes volver a visitar el archivo y ampliarlo para ellos. Las prótesis impresas en 3D literalmente crecen con usted. Esto hace que las prótesis impresas en 3D para niños sean una solución perfecta.

Cómo las prótesis impresas en 3D ya están cambiando vidas

En Jordania, el clima cada vez más inestable en Siria y Oriente Medio ha provocado que un número creciente de refugiados ingresen al país, muchos de ellos con miembros amputados. La cantidad de personas en esta situación significa que el tiempo que se necesitaría para colocar prótesis a todas estas personas es insondable, por lo que hubo que tomar medidas drásticas.

Un hospital en particular en Jordania comenzó a probar la impresión 3D en prótesis para tratar a estos refugiados, muchos de los cuales padecen graves problemas mentales y traumas, así como sus lesiones físicas. En lugar de pasar una semana entera creando la prótesis, estas prótesis impresas en 3D se pueden crear desde cero en 24 horas, siete veces más eficientemente que las técnicas tradicionales. Médecins Sans Frontières ( Médicos sin Fronteras ) está probando la impresión 3D para embalar prótesis, con el fin de aplicarla en todo el mundo si los resultados son positivos.

Ventajas de las prótesis impresas en 3D

Independientemente de las ventajas de la velocidad, existen otras razones por las que las prótesis impresas en 3D pueden ser el futuro de la industria. Cuando una persona pierde una extremidad, sus problemas van más allá de la pérdida de capacidad por el uso de esa extremidad en las funciones diarias; También hay problemas de equilibrio, centro de gravedad y ergonomía que se deben a que un peso considerable ya no está presente. Las prótesis impresas en 3D se pueden hacer para pesar lo mismo que el otro brazo o pierna del niño o del adulto, lo que mejora la postura y el equilibrio, y también ayuda a la columna vertebral.

La impresión 3D ya se ha utilizado en áreas como reemplazos de rodilla, así como cirugías de mandíbula a través de guías quirúrgicas impresas en 3D. No hay ninguna razón por la que su utilidad deba detenerse allí, y las prótesis parecen el área ideal para que la impresión 3D ayude a mejorar el nivel de vida de las personas. Es más, si la bioimpresión 3D y los órganos impresos en 3D son posibles, lo que lleva a corazones impresos en 3D en el futuro, entonces crear extremidades funcionales parece simple en comparación.

Las bajas barreras de entrada y los costos de crear prótesis impresas en 3D para quienes las necesitaban llevaron a varios fabricantes y retocadores a unirse al objetivo común de hacer el bien. Si necesitas una razón para volver a creer en la humanidad, esta es.

La mayoría de los materiales de impresión 3D no pueden soportar todo el peso corporal, por lo que la gran mayoría de la investigación y el diseño de prótesis impresas en 3D se han centrado en manos y brazos imprimibles en 3D.

Soluciones ilimitadas

Limbitless Solutions es una organización sin fines de lucro en Orlando, Florida, que trabaja en la creación de brazos y manos protésicos impresos en 3D increíblemente avanzados para niños con una reducción de extremidades. Construyen prótesis mioeléctricas (brazos protésicos que utilizan impulsos eléctricos generados por los músculos para moverse como lo haría una extremidad humana real) que incluyen piezas impresas en 3D de filamento ABS para ahorrar costos y aumentar la personalización para los usuarios.

Las manos protésicas impresas en 3D de Limbitless tienen sensores EMG en el área de la muñeca que dirigen la mano en función de las señales musculares, con una batería en el brazo que alimenta la mano y articulaciones individuales para cada dedo que le dan a la mano destreza de dedo completo. Cada prótesis impresa en 3D se esboza antes de diseñarla en una herramienta de software CAD en 3D (Limbitless Solutions usa Maya y Fusion 360), antes de que el usuario personalice el diseño en línea según lo que crea que se verá mejor. Las piezas personalizadas se imprimen basándose en las medidas personalizadas del usuario que se toman, y luego estas piezas se lijan, suavizan, pintan y programan con los sensores EMG para que puedan ser utilizadas por los niños que más las necesitan.

Esta fantástica iniciativa está recaudando dinero para una prueba clínica que involucra a 100 niños que reciben prótesis mioeléctricas impresas en 3D personalizadas, y han recaudado lo suficiente para 62/100 en agosto de 2020. Más allá de las manos protésicas impresas en 3D, Limbitless también investiga cómo ayudar a personas en silla de ruedas y Las personas que padecen ELA / MND operan sillas de ruedas con EMG y otros proyectos importantes.

Sin embargo, estos siguen siendo costosos, incluso si la impresión 3D reduce el costo de la prótesis, principalmente debido a los sensores y la electrónica. Por muy baratos y lo suficientemente simples para construir en el hogar prótesis, E-Nable está haciendo un gran trabajo.

Habilitando el futuro

Enabling The Future nació accidentalmente y a partir de circunstancias extrañas. En 2011, Ivan Owen hizo una mano de metal funcional (que se ve increíble , por cierto) para una convención steampunk, de la cual Richard, un carpintero de todo el mundo en Sudáfrica, encontró un video.

Richard había perdido los dedos en un desafortunado accidente de carpintería y se puso en contacto con Ivan para crear dedos biónicos para él en la misma línea que su disfraz steampunk. Al comunicarse a través de Skype y el correo electrónico, trabajaron para crear este ambicioso modelo para restaurar parte del sustento de Richard. Esto luego llevó a otro encuentro con Liam, un niño de cinco años también de Sudáfrica al que le faltaban demasiado los dedos de la mano derecha.

Jorge Zuniga, quien trabaja en el departamento de biomecánica de la Universidad de Nebraska en Omaha, se enteró del proyecto. Puso en uso sus vastas habilidades mecánicas y estudió la mano humana para crear un modelo viable que se veía y funcionaba como una mano humana. Satisfecho con su progreso, le dio la prótesis a su pequeño hijo, esperando una respuesta entusiasta. Su hijo lo miró decepcionado. No quería una mano que pareciera una mano, quería que pareciera un robot.

Es muy fácil para los adultos olvidar la inocencia, el asombro infantil y la curiosidad que poseen los jóvenes y que los adultos buscan proteger. Esto fue una revelación; los adultos están acostumbrados a tratar de mezclarse cuando tienen algo que se considera anormal como una extremidad faltante, mientras que a los niños les encantan las cosas interesantes que se destacan.

Jorge Zuniga volvió a la mesa de dibujo y emergió con la siguiente iteración de su proyecto manual impreso en 3D. A propósito, parecía un juguete e hizo una declaración audaz en lugar de simplemente intentar imitar la mano humana. Lo llamó la Bestia Cyborg, un nombre adecuadamente ruidoso. Desde su lanzamiento en línea, ha habido más de 50,000 descargas hasta el año pasado, y se cree que hay varios cientos de Cyborg Beasts en acción en numerosos países.

Sin embargo, no se detuvo allí. Una comunidad se unió a estas manos mecánicas impresas en 3D, y los diseñadores de prótesis en 3D alentaron activamente a las personas a diseñar sus propias mejoras, según el espíritu del código abierto . Motivada por hacer el bien y mejorar la vida de las personas, la comunidad Enabling The Future ha crecido a más de 20.000 miembros en docenas de países, ofreciendo acceso a más de 2.000 impresoras 3D que han entregado más de 8.000 brazos y manos a los necesitados. Muchas de las manos hechas son para niños.

Un caso de estudio: la pierna protésica impresa en 3D de Natasha Hope-Simpsons

En lugar de sentirse despojada de una extremidad como resultado de ser atropellada por un automóvil, Natasha Hope-Simpson vio la situación artísticamente: había heredado una gran cantidad de espacio negativo para usar. En la Universidad NSCAD, en colaboración con 3D Systems utilizando su impresora 3D ProJet 7000 SLA , el equipo logró pasar del primer escaneo 3D a una prótesis impresa en 3D totalmente fabricada y funcional en solo 17 días en 2020.

No solo era una prótesis funcional y funcional, sino que se veía fantástica. El diseño se inspiró en los diseños de Melissa Ng para su marca Lumecluster y se utilizó para crear una prótesis futurista, elegante y radiante. Esto no solo muestra la impresión 3D como una alternativa a las prótesis producidas tradicionalmente, sino que destaca su capacidad para realizar mejoras, permitiendo nuevos diseños intrincados y atractivos que antes no se consideraban una posibilidad. Algo funcional se convirtió en algo hermoso, y la personalización se llevó a una industria previamente estandarizada.

Tipos de prótesis impresas en 3D

Se han creado varias manos protésicas impresas en 3D y están alojadas en el sitio web Enabling The Future. Los más notables son Cyborg Beast, Phoenix Hand, Raptor Reloaded, Team Unlimbited Arm, Osprey Hand, Talon Hand 2.X y Knick Finger. Cada uno tiene diferentes funciones dependiendo de la discapacidad y preferencia estética de cada persona.

Estos son algunos de los diseños más interesantes:

Phoenix Hand – mano protésica impresa en 3D

Habilitar la mano Phoenix del futuro viene en tres versiones diferentes, y requiere una muñeca funcional con suficiente palma para presionar, con suficiente fuerza, los dedos cerrados cuando la muñeca está doblada. Si no tiene una muñeca funcional, existen otras opciones para usted, como el brazo sin límites.

Brazo ilimitado: brazo protésico impreso en 3D completo para personas con amputaciones de muñeca

En lugar de ser impulsado por la muñeca como en la Mano del Fénix, el Brazo Ilimitado se impulsa con el codo. Los usuarios del brazo ilimitado deben tener un codo funcional que se doble para forzar los dedos a cerrarse en la mano impresa en 3D. Fue creado para aquellos con un codo funcional y algo de antebrazo, pero sin muñeca.

Knick Finger – Dedo protésico impreso en 3D

En lugar de ser una mano o muñeca impresa en 3D, el Knick Finger es para aquellos a los que les falta un dedo, o al menos dos segmentos de dedos. El Knick Finger funciona de manera similar a Cyborg Beast o Phoenix Hand, solo con un dedo en lugar de toda la mano, y es completamente adaptable para el dedo de cada persona. Cada componente puede imprimirse en 3D por separado según las necesidades individuales.

Problemas con las prótesis impresas en 3D

Mencionamos anteriormente que hubo algunos problemas con las prótesis impresas en 3D y que no son perfectas. Si bien muestran una promesa significativa, hay algunos problemas que definitivamente deben resolverse antes de que puedan ser confiables, lo que se conoce como el futuro de las prótesis.

Los materiales protésicos impresos en 3D se rompen fácilmente

Los materiales de la impresora 3D utilizados para crear prótesis impresas en 3D suelen ser ABS o Nylon . Ambos son termoplásticos que, si bien son lo suficientemente fuertes para la mayoría de las necesidades de impresión 3D, luchan con la tarea de satisfacer las necesidades de una persona amputada, día tras día. También están impresos en capas muy delgadas, por lo que pueden romperse cuando se les fuerza en sentido contrario a como están acostumbrados a doblarse.

No apto para prótesis de pierna impresas en 3D

La mayoría de los filamentos y materiales de las impresoras 3D simplemente no son lo suficientemente fuertes para soportar el peso corporal de una persona. Aunque el prototipo de diseño de Exo Prosthetic en 2020 mostró potencial, este sería impreso en 3D en titanio, un metal extremadamente fuerte pero liviano que solo se puede imprimir en impresoras 3D industriales que cuestan más de € 100,000. Esto toma prótesis impresas en 3D de piezas accesibles que se pueden construir en impresoras 3D baratas y las traslada a productos industriales profesionales.

Se necesita tiempo para formar a los técnicos protésicos en impresión 3D

La creación de prótesis es una habilidad adquirida, que debe realizar un artesano. Por lo tanto, se necesita tiempo para capacitar a alguien para que sea capaz de crear prótesis impresas en 3D de manera confiable que no se rompan casi de inmediato. Aprender a hacer cosas como regular la temperatura cuando se imprimen prótesis en 3D para evitar la formación de grietas lleva tiempo dominar.

Los productos no están aprobados por la FDA

Si bien no es el mayor negocio, vale la pena señalar que estas prótesis impresas en 3D caseras no están reguladas y existen fuera de las normas oficiales. Actualmente no es un problema, pero puede estar avanzando.

Cómo construir sus propias prótesis impresas en 3D

A menos que planee diseñar sus propias prótesis innovadoras desde cero, si desea ayudar a crear prótesis de manos y brazos impresos en 3D, debe dirigirse a la página de voluntarios de E-Nable .

Tienen guías extensas que muestran cómo se fabrican sus manos protésicas impresas en 3D, y usted puede imprimir en 3D todos los componentes protésicos usted mismo y luego comprar los otros componentes y comenzar a construir, o comprar kits de manos impresos en 3D con todos los extras que necesitará. ya adquirido para usted.

Cosas que necesitarás:

• Una impresora 3D FDM , con un volumen de construcción de al menos 6 ″ x 6 ″ para las piezas más grandes.
• Filamento PLA para imprimir en 3D las piezas protésicas
• Los componentes adicionales, que puede comprar como un kit completo o obtenerlos individualmente aquí

Conclusión

Para concluir, al igual que en muchas otras áreas, la impresión 3D ofrece fantásticos beneficios, si los problemas pueden resolverse. En una nota positiva, ya hay prototipos protésicos impresos en 3D en funcionamiento, lo que es mucho más avanzado que en la bioimpresión 3D, donde gran parte del trabajo sigue siendo teórico.

Ha habido intentos de crear una prótesis con impresión 3D que imite mucho más la textura y la sensación de una mano humana. Estaba impreso en un material llamado filaflex y parecía mucho más realista. La desventaja es que cuesta € 2,000, comparable a los precios de las prótesis tradicionales. Esto es mucho más que las soluciones de E-Nable de € 40, aunque el hecho de que sea posible crear extremidades realistas mediante la impresión 3D, junto con la suposición de que las mejoras tecnológicas suponen que los costos se reducirán, significa que puede haber un futuro brillante en Prótesis impresas en 3D.

Originalmente, la creación rápida de prototipos se utilizó principalmente en la industria del automóvil para probar si las piezas de automóviles nuevas eran factibles en la década de 1980. Hoy en día, la creación rápida de prototipos es más accesible que nunca y se usa comúnmente en todos los sectores, incluidos los de automoción, aeroespacial y médico.

Con el software CAD 3D y una impresora 3D , se pueden imprimir, revisar y mejorar nuevos prototipos varias veces al día. La impresión 3D ofrece prototipos muy flexibles, precisos, rápidos y de bajo costo, lo que permite una fabricación más ajustada y la mitigación de riesgos antes de cualquier gran producción.

Las impresoras 3D capaces de imprimir prototipos 3D de alta calidad se han vuelto mucho más accesibles y asequibles en los últimos años, por lo que ahora las empresas más pequeñas tienen fácil acceso a estos servicios.

La creación rápida de prototipos incluso se puede realizar con biomateriales para crear tejidos bioimpresos en 3D que imitan órganos y estructuras reales para pruebas de drogas y otros tratamientos importantes.

¿Qué es la creación rápida de prototipos?

Prototipado rápido es el nombre que engloba todas las tecnologías y técnicas involucradas en la creación de prototipos viables de productos en un tiempo récord, para revisar y perfeccionar. Por lo general, implica fabricación aditiva o impresión 3D, aunque ocasionalmente se utiliza mecanizado CNC.

La creación rápida de prototipos significa que puede obtener rápidamente un producto físico en su mano, que es mucho mejor y más fácil de analizar que un diseño CAD en una pantalla de computadora. Esto se denomina prototipo de alta fidelidad, uno que tiene un aspecto y una función similares al diseño final, y con las pruebas adicionales que puede realizar en un prototipo físico, puede encontrar todos los defectos antes de invertir en una fabricación completa.

El proceso rápido de creación de prototipos

Antes de poder imprimir en 3D su prototipo final, necesita un diseño. El archivo de diseño CAD en 3D de un modelo a escala de su producto final se puede importar a una cortadora 3D para cortarlo en capas antes de imprimirlo. A veces, el escaneo 3D también se utiliza para crear un modelo de la pieza sobre la que se iterará, como una pieza de automóvil impresa en 3D .

El fresado CNC también se usa ocasionalmente, pero para piezas individuales y personalizadas, la impresión 3D tiene varias ventajas clave. La impresión 3D es una tecnología de fabricación aditiva, por lo que solo se utilizan los materiales necesarios para el diseño; mientras que el fresado CNC es sustractivo, eliminando el exceso de material hasta llegar a un diseño final. Esto consume materiales adicionales y requiere más limpieza después.

La funcionalidad de la pieza impresa depende de sus necesidades. Si solo necesita evaluar el diseño, es posible que no necesite la pieza para poder realizar ninguna parte de sus funciones, por lo que es posible que no necesite imprimirla en metal sino en plástico.

Algunos filamentos industriales de alta calidad que recomendamos para la creación rápida de prototipos FDM:

• Filamento de nailon serie MH PRO
• Filamento PETG Serie MH PRO
• Filamento ABS Serie MH PRO

Una vez impresa la pieza, puede decidir si el prototipo es adecuado para su propósito y si es lo suficientemente bueno para continuar y comenzar a fabricar. De lo contrario, se pueden realizar ajustes basados en los hallazgos para crear la próxima iteración, y el próximo prototipo se puede imprimir rápidamente en 3D.

El proceso se puede dividir en tres fases principales: impresión, revisión y perfeccionamiento.

Estudios de casos de creación rápida de prototipos

Boquillas Unilever

Como se documenta en el excelente libro Black Box Thinking de Matthew Syed, Unilever tuvo un problema de producción de detergente para ropa en la década de 1970 en su fábrica cerca de Liverpool. El proceso para crear detergente implicaba hervir productos químicos calientes y pasarlos por una boquilla a altas presiones antes de separar lo que se convertiría en el detergente vendido en las tiendas.

Pero las boquillas a menudo se obstruían, se bloqueaban y eran ineficaces. La producción fue más lenta y los granos de detergente resultantes fueron de diferentes tamaños. Unilever tenía problemas de eficiencia y de calidad.

Un equipo de biólogos resolvió el problema después de que un equipo anterior de matemáticos no pudo encontrar una solución. Crearon diez boquillas nuevas, cada iteración con pequeñas diferencias: un poco más largas, más cortas, con un orificio más pequeño o con pequeñas ranuras. Una iteración mejoró ligeramente con respecto a la original, solo en un 1-2%.

Luego, el equipo tomó esta iteración ligeramente mejorada y creó otras 10 iteraciones de esta boquilla, haciendo otra serie de pequeños cambios y probándolos para determinar su efectividad. Esto continuó y continuó a medida que se creaban más y más prototipos para encontrar ganancias marginales, una y otra vez, antes de que se desarrollara una boquilla ‘sobresaliente’ después de 449 fallas. Si bien la evolución lleva decenas de miles de años, los mismos principios podrían aumentarse utilizando tecnologías de vanguardia y ahora se pueden producir nuevas iteraciones cada hora con la impresión 3D.

La impresión 3D no estaba disponible comercialmente en la década de 1970 cuando esto ocurrió, pero si sucediera en la actualidad, la impresión 3D y la creación rápida de prototipos podrían crear la boquilla ideal en un tiempo récord. La creación rápida de prototipos permite que los prototipos extremadamente precisos y las iteraciones ligeramente diferentes se prueben, revisen y documenten rápidamente. Con piezas más grandes, la impresión 3D de diez iteraciones podría llevar varios días, pero con piezas pequeñas, como un objeto del tamaño de la tapa de un bolígrafo, se podrían producir fácilmente diez iteraciones en una tirada de impresión en una impresora SLS 3D . Esto permite una innovación extremadamente rápida.

Servicios de creación rápida de prototipos

Varias empresas de creación rápida de prototipos ofrecen servicios de impresión 3D para satisfacer la creciente demanda de piezas de prototipos impresas en 3D. Esto ofrece a las empresas la oportunidad de acceder a la impresión 3D sin tener que pagar el costo inicial de una impresora 3D.

Aunque las impresoras 3D industriales capaces de realizar prototipos rápidos de impresión 3D se han vuelto mucho más baratas en los últimos años, las empresas que solo necesitan producir unas pocas piezas al año ahorrarán dinero al utilizar estos servicios de creación rápida de prototipos.

• Vea nuestra guía de los mejores servicios de impresión 3D .

Los fabricantes de impresoras 3D como Desktop Metal han tratado de resolver el problema de los costos iniciales con máquinas de creación rápida de prototipos ofreciendo tarifas de alquiler anuales. Por ejemplo, su impresora Fiber 3D se puede alquilar por € 3,495 por año, con un contrato de tres años. Algunas empresas pueden encontrarlo favorable a un gran costo inicial o los pagos continuos de servicios sin tener nunca una impresora 3D.

Las mejores impresoras 3D para la creación rápida de prototipos

No existe la mejor impresora 3D , todo esto depende de los materiales, el tamaño del prototipo y una variedad de otros factores. Si necesita un prototipo de metal impreso en 3D, deberá elegir entre tecnologías de impresión 3D de metal, mientras que si necesita una pieza de plástico hecha, tiene opciones entre FDM , SLA , SLS y otras dependiendo de la resistencia de la pieza y otras características que busca.

Si desea un área de superficie extremadamente suave, es posible que desee una impresora 3D de resina o una pieza creada con Multi Jet Fusion. Para piezas de bajo costo e impresoras 3D de bajo costo , es posible que prefiera una impresora FDM.

• Hemos publicado un libro electrónico de impresión 3D gratuito sobre las tecnologías disponibles .

Algunas impresoras se adaptan más a las demandas industriales que otras, y se han hecho conocidas por su capacidad para crear piezas precisas que se pueden probar como prototipos funcionales, y hacerlo de forma rápida y coherente. El enlace a continuación presenta una guía del comprador de las mejores impresoras industriales que cuestan menos de € 10,000 que brindan una excelente confiabilidad, precisión y son fáciles de operar.

• Recomendamos nuestra guía de las mejores impresoras 3D industriales .

Software de creación rápida de prototipos

Para crear un prototipo para imprimir, primero deberá diseñarlo en una herramienta de modelado de software CAD 3D. Dependiendo de cuán compleja e intrincada sea su pieza, es posible que pueda diseñarla en una herramienta de software de consumo, pero generalmente en la creación rápida de prototipos se requiere una herramienta de modelado de software más completa. También necesitará una cortadora 3D para cortar su modelo antes de poder imprimirlo.

A veces, se utiliza un escáner 3D para escanear una pieza existente que luego se puede imprimir y probar en 3D. Sin embargo, normalmente se utiliza en su lugar un diseño CAD en 3D.

Recomendamos leer las siguientes guías para elegir una herramienta de software de creación rápida de prototipos 3D:

• Enumeramos nuestras 10 herramientas de software de modelado 3D profesionales recomendadas.
• Nuestra guía para el mejor software de modelado 3D gratuito .

Ventajas y desventajas de la creación rápida de prototipos

Ventajas de la creación rápida de prototipos

• Muy preciso : se pueden crear modelos muy intrincados y precisos que reflejan con precisión la pieza final. Esto facilita la evaluación de la forma y el diseño de la pieza.
• Reduzca el tiempo de comercialización : puede probar múltiples iteraciones muy rápidamente e incluso múltiples iteraciones al mismo tiempo. Puede probar varias iteraciones al mismo tiempo imprimiendo varias piezas ligeramente diferentes y evaluando cuál realiza la tarea mejor o se ve mejor, y luego iterando sobre la mejor. Conseguir el diseño perfecto más rápido puede ahorrar a las empresas grandes cantidades de inversión en I + D.
• Mejor retroalimentación de diseño : los prototipos visuales son mejores para examinar que los diseños dentro de una herramienta de software 3D. Puede obtener una mejor idea de cómo se verá y funcionará un producto en uso, y realizar cambios en función de las áreas en las que sea necesario trabajar. Además, los prototipos de la vida real son más fáciles de explicar a la alta dirección y a los clientes para que puedan proporcionar sus comentarios.
• Incorporar cambios instantáneamente : una vez que se han identificado los problemas, se pueden cambiar y mejorar instantáneamente en el archivo CAD 3D y reimprimir.
• La fabricación aditiva utiliza menos materiales : especialmente valioso en la creación de prototipos de piezas metálicas, ya que estas piezas pueden costar cientos de euros cada una solo en materiales.
• Minimice el riesgo : la creación rápida de prototipos significa que puede explorar y probar cualquier defecto potencial, de forma económica, antes de comenzar una gran producción. Puede minimizar de forma económica cualquier riesgo que provoque la retirada de productos mediante la prueba exhaustiva de estos prototipos.

Desventajas de la creación rápida de prototipos

• Puede requerir un operador calificado : las impresoras 3D de metal a menudo requieren operadores capacitados para garantizar que la impresión sea segura y óptima. Esto depende de cuán compleja sea la tecnología de impresión 3D , ya que, por ejemplo, las impresoras 3D FDM son mucho más simples y requieren mucha menos habilidad para operar.
• Retrasos y costos si no se realiza internamente : si tiene un servicio de creación rápida de prototipos, imprima la pieza por usted, esto puede agregar 2-3 días al proceso, ya que la pieza debe enviarse por correo. Los costos también pueden acumularse con el tiempo si imprime muchas piezas, por lo que es importante estimar la frecuencia con la que imprimirá piezas en 3D para determinar si es mejor subcontratar la creación rápida de prototipos o realizarla internamente.

Electron Beam Melting es una de las principales tecnologías de impresión 3D de metal , y ha sido comercializada por Arcam en los últimos años. Es similar a la sinterización directa por láser de metales , aunque con una diferencia clave que explicaremos a continuación.

EBM cae bajo el paraguas de Powder Bed Fusion junto con DMLS y SLM, al igual que la sinterización selectiva por láser si incluye plásticos. Es una tecnología de impresión puramente metálica; no puede imprimir polímeros plásticos con EBM.

Puede ver todas nuestras guías de tecnología de impresión 3D aquí .

Este ranking también se puede descargar como parte de nuestro libro electrónico GRATUITO sobre tecnologías de impresión 3D. Puedes descargarlo aquí.

Tiempo de lectura: aproximadamente 4 minutos

Fusión por haz de electrones: Introducción

Aunque no es tan conocido como la estereolitografía o el modelado de deposición fundida , la EBM se utiliza con bastante regularidad en la impresión 3D de metales industriales. La fusión por haz de electrones es similar a SLS en que ambos imprimen en 3D desde un lecho de polvo a través de la fusión del lecho de polvo. Desde su invención, la técnica hasta ahora solo ha sido utilizada por Arcam en las cuatro impresoras 3D EBM actuales.

Impresión 3D de fusión por haz de electrones

En EBM, los componentes metálicos completamente densos se crean a partir de un lecho de polvo metálico y se funden mediante un potente haz de electrones. Cada capa se funde según el modelo de impresora 3D enviado a la impresora 3D .

La fusión por haz de electrones utiliza un haz de electrones de alta potencia para derretir el polvo metálico. Este haz de electrones se gestiona a través de bobinas electromagnéticas que permiten un control del haz extremadamente rápido y preciso. Además, esto permite que se mantengan simultáneamente varios ‘grupos de fusión’ diferentes (diferentes objetos dentro de la misma construcción al mismo tiempo).

Esta diapositiva a continuación describe los elementos centrales de la fusión por haz de electrones:

El proceso de fusión por haz de electrones se lleva a cabo al vacío y a altas temperaturas. Esto da como resultado piezas de metal producidas con mejores propiedades de material que mediante fundición. Mantener un entorno de construcción limpio y controlado es un factor clave para mantener las especificaciones químicas de la pieza impresa en 3D. Por esta razón, las impresoras EBM generalmente requieren operadores capacitados para monitorear la impresión.

El haz de electrones calienta todo el lecho de polvo a una temperatura de fusión óptima al imprimir cada capa. Esta temperatura depende del polvo metálico utilizado; algunos tienen puntos de fusión mucho más altos. Este calentamiento del lecho de polvo significa que las piezas impresas con Electron Beam Melting están libres de tensiones residuales y tienen mejores propiedades mecánicas.

En EBM, la envolvente de construcción se puede llenar con varios objetos construidos al mismo tiempo, siempre que estén todos adjuntos a la plataforma de construcción.

Postprocesamiento de fusión por haz de electrones

Después de la impresión, cualquier polvo no solidificado se puede recuperar y reutilizar en una impresión futura. Esto ahorra dinero y es mucho más eficiente que otros métodos de impresión 3D en los que tan solo el 20% del polvo total utilizado se sinteriza.

EBM, como FDM y SLA, requiere el uso de soportes cuando se imprime en 3D. Esto es para anclar las piezas a la plataforma de construcción y evitar que las piezas colgantes se vuelvan inestables. Además, estos soportes transfieren el calor lejos de donde se está fundiendo el polvo, reduciendo el estrés térmico en la pieza. Esto ayuda a prevenir el alabeo y la deformación general que puede ocurrir con las altas temperaturas.

Láser frente a haz de electrones: DMLS frente a EBM

La fusión por haz de electrones utiliza, como su nombre indica, un haz de electrones. Esto se diferencia de la sinterización directa por láser de metales en que se utiliza en su lugar un láser (con fotones).

Un filamento de tungsteno se calienta al vacío para producir estos electrones. Se proyectan a altas velocidades hacia el polvo metálico en el lecho de polvo para calentarlo. Se utiliza un vacío porque evita que el polvo metálico se oxide cuando se calienta.

Este video a continuación explica la tecnología de fusión por haz de electrones con más profundidad:

Materiales de fusión por haz de electrones

La fusión por haz de electrones se basa en cargas eléctricas para la impresión en 3D y, por lo tanto, los materiales deben ser conductores para su uso. Esto significa que los polímeros y las cerámicas no se pueden utilizar con fusión por haz de electrones.

Los polvos metálicos comúnmente utilizados incluyen aleaciones de titanio y cromo-cobalto. Sin embargo, estos materiales son caros, con un costo de entre 350 y 450 euros por kg.

Ventajas y desventajas de la fusión por haz de electrones

Ventajas de la fusión por haz de electrones

• Piezas de metal resistentes : las piezas impresas en 3D con EBM tienen una densidad muy alta (más del 99%).
• Escalable : se pueden producir varias piezas simultáneamente, ya que el haz puede separar el polvo en varios lugares a la vez.
• Imprime más rápido y con menos soportes que DMLS : Requiere menos soportes debido a que hay menos estrés térmico en las piezas, y la capacidad del haz de electrones para escanear toda la capa a la vez también la hace más rápida.
• Polvo reutilizable : el polvo no utilizado se puede recuperar y reutilizar, lo que ahorra dinero y protege el medio ambiente.

Desventajas / limitaciones de la fusión del haz de electrones

• No versátil : disponibilidad limitada de materiales para su uso en EBM.
• Caro : Requiere una impresora 3D de nivel industrial y materiales costosos. Las impresoras pueden costar más de € 250,000, y los materiales cuestan más de € 300 por kg.
• Las piezas suelen requerir mucho procesamiento posterior.
• Acabado superficial : las piezas tienen un acabado superficial menos liso que el DMLS.
• Tamaño de construcción limitado : la impresora EBM 3D más grande tiene un volumen de construcción de alrededor de 350 x 350 x 380 mm. Algunas impresoras 3D DMLS, como la X Line 2000R de Concept Laser, tienen un volumen de impresión de 800 x 400 x 500 mm.

Aplicaciones de la fusión por haz de electrones

La fusión por haz de electrones tiene aplicaciones en industrias como la aeronáutica y el automovilismo debido a las piezas resistentes y de alta densidad que puede producir. La fusión por haz de electrones también se utiliza en la industria biomédica para fabricar prótesis. Sin embargo, sobre todo, EBM se utiliza para piezas de pequeñas series y prototipos para comprobar la estructura de las piezas.