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En 2020, hubo una repentina oleada de histeria por la inminente crisis de las armas impresas en 3D en la que cualquiera podía fabricar un arma en su cocina o garaje. Para 2020, el consenso era que las pistolas impresas en 3D eran una moda de una semana y no había que temer. Sin embargo, con el avance tan rápido de la fabricación aditiva, especialmente en la impresión 3D de metal, ¿estamos cerca de una crisis de armas impresas en 3D?

Antes de intentar responder a esa pregunta, es necesario hablar sobre los sustos previos a las armas impresas en 3D, lo fáciles que son de hacer, su eficacia y la historia de estas armas.

Historia de las pistolas impresas en 3D

Para articular con precisión cómo la pistola impresa en 3D será un problema en un futuro cercano, es necesario visitar su pasado. Las pistolas impresas en 3D aparecieron por primera vez en los titulares en 2020 cuando Defense Distributed alojó un archivo descargable de forma gratuita con una pistola impresa en 3D que diseñaron llamada Liberator. Habían revelado la existencia de los diseños desde mediados de 2020.

Esto, por supuesto, se volvió viral, recibiendo más de 100,000 descargas en 2 días (incluida una cantidad preocupante de España, España, Alemania y Brasil), lo que provocó que el gobierno de los EE. UU. Exigiera que Defense Distributed eliminara el archivo de su sitio. Sin embargo, como sabrá cualquiera que haya utilizado Internet, esto no significa absolutamente nada. Los sitios de alojamiento como The Pirate Bay comenzaron instantáneamente a albergar los planos de la pistola impresa Liberator 3D.

Las pistolas impresas en 3D son FÁCILES de fabricar

Esta pistola impresa en 3D se puede ensamblar fácilmente después de imprimirse a partir de ABS o PLA , dos de los filamentos de plástico más baratos y comunes. Cualquiera que tenga una impresora 3D FDM puede imprimir una de estas pistolas, con un costo de material estimado en solo € 25. Todo lo que necesita además de esto es un simple percutor de metal, y estos se pueden comprar en tiendas generales de todo el mundo.

Entonces, ¿por qué no están en todas partes?

Aquí está la parte tranquilizadora: no funcionan bien . Si funcionaran a la perfección y fueran tan fáciles de hacer como lo son, ya estarían en todas partes. Son propensos a explotar cuando se disparan (peligroso para el usuario), se rompen y agrietan con frecuencia y son torpes para recargar. El hecho de que estén hechos de termoplásticos como PLA y ABS crea problemas de confiabilidad ya que estos materiales simplemente no son lo suficientemente fuertes para manejar la energía que implica disparar una bala.

Existe una alta probabilidad de que cualquier Liberator impreso en una impresora 3D barata dispare menos de 10 balas antes de romperse. Además, una vez disparada, la pistola impresa Liberator 3D requiere que el cartucho gastado se retire manualmente en cada disparo. Esto es simplemente ineficiente. Cualquiera que intente usar uno sería tackleado en los 10 segundos o más entre cada disparo que podría ser disparado.

Por lo tanto, en su estado actual, las pistolas de plástico impresas en 3D no son una amenaza masiva para la seguridad nacional. Más adelante llegaremos a las pistolas metálicas impresas en 3D.

Cody Wilson: Liberador de armas impreso en 3D

Defense Distributed está liderado por el articulado criptoanarquista Cody Wilson, un ex estudiante de derecho de 30 años en la Universidad de Texas. El propio Wilson tiene una licencia de fabricación y venta de la oficina de ATF de EE. UU.; No es solo un rebelde en Internet.

Después de lanzar Liberator en línea en 2020, Cody Wilson no se detuvo allí. Se puso a trabajar, creando diseños para rifles AR-15 impresos en 3D, pistolas M1911 y más. El lanzamiento más notable desde Liberator es la máquina CNC Ghost Gunner. Esta máquina está especialmente diseñada para la fabricación de pistolas. Puede crear un marco de aluminio de pistola M1911 con facilidad.

Además, estos se venden directamente en su sitio web por € 1,650. Técnicamente, no están impresas en 3D y emplean métodos de fabricación sustractiva, pero el punto preocupante es que estas armas no tienen número de seguimiento. Son imposibles de rastrear . Son armas fantasmas . Esto llevó a que Cody fuera encontrado en violación de las reglas del Reglamento de Tráfico Internacional de Armas (ITAR), aunque desde entonces ha presentado una demanda federal en respuesta.

Defensa distribuida

A pesar de estar esencialmente en desacuerdo con la mayoría de las cosas que él representa, respeto a Cody Wilson. En realidad, también tiene razón en algunas cosas. Cody quiere que las pistolas impresas en 3D sean tratadas de la misma forma que las normales en los EE. UU. Estoy de acuerdo con ésto. No estoy de acuerdo con que las pistolas deban permitirse por completo, pero dado que son legales en los EE. UU., Deberían tratarse de la misma manera, ya sea impresas en 3D o no.

Si las pistolas impresas en 3D de Cody’s y Defense Distributed pasan los estándares de seguridad establecidos para las pistolas, no hay razón para que no se les permita venderse como pistolas normales, siempre que hayan mostrado números de serie y sigan el resto de estas otras reglas. Esto no se debe a que los medios de comunicación hayan provocado miedo, sino simplemente a la economía, la oferta y la demanda.

Si Cody Wilson ha tropezado con una forma de hacer que las armas sean más baratas, se le debería permitir venderlas y ganar un montón de dinero en función de la reputación de Defense Distributed como el primer y principal distribuidor de armas impresas en 3D. Sin embargo, esto es idealista ya que las armas actualmente están lejos de ser confiables.

Tipos de modelos de pistola impresos en 3D

La pistola impresa en 3D Liberator es la pistola impresa en 3D más notable, pero se han fabricado otras. Éstos incluyen:

• Agosto de 2020 – Prueba de escopeta Grizzly .22. Disparó 14 perdigones con éxito antes de romperse.
• Septiembre de 2020 – Revólver Keprringer Pepperbox impreso en 3D. El revólver puede contener hasta 5 balas.
• Pistola dorada M1911 de metal de Solid Concepts impresa en 3D. Se vende al por menor por € 11,900.
• Mayo de 2020 – Revólver Zig Zag .30 impreso en 3D. Puede disparar 6 balas antes de tener que recargar.

Diferencias entre una pistola impresa en 3D y una pistola normal

Hay varias diferencias clave entre una pistola impresa en 3D y una pistola normal. Éstos incluyen:

• Las pistolas impresas en 3D no se pueden rastrear ya que no tienen un número de serie que las vincule a una persona. Esto facilita la comisión de delitos y dificulta la captura de los tiradores.
• Es más fácil imprimir en 3D una pistola que mecanizarla usted mismo. Se requiere una curva de aprendizaje y un nivel de habilidad más bajos para descargar un archivo STL y configurarlo para que se imprima.
• Aún puede hacer una pistola impresa en 3D si es un delincuente, un enfermo mental o no está en los EE. UU. Todos estos son factores que normalmente le impedirían tener un arma.
• Las pistolas de plástico impresas en 3D no activan los detectores de metales. Esto significa que las pistolas impresas en 3D desmontadas podrían pasar fácilmente por el aeropuerto y otras formas de seguridad.

Pistolas impresas en 3D en la historia de crímenes de la vida real

Hay tres eventos principales en los que han participado armas impresas en 3D. En primer lugar, en Australia durante una redada en un laboratorio de metanfetamina, la policía encontró una pistola impresa en 3D cargada durante su búsqueda. En 2020 en Manchester, España, la policía también cree haber encontrado partes de armas impresas en 3D que creían que esta pandilla de Manchester estaba reuniendo para usar o vender. Las piezas encontradas incluyen un gatillo, cargadores y pólvora.

El evento más notable fue un artículo de Mail on Sunday publicado el 11 de mayo de 2020 en el que ellos mismos imprimieron en 3D una pistola Liberator y abordaron un tren Eurostar con ella. Imprimieron en 3D la pistola en una impresora 3D de £ 1,700 con filamentos de plástico. Como la pistola era de plástico, los detectores de metales no se activaron y los tres hombres pasaron de contrabando la pistola desmontada colocando piezas en cada uno de sus bolsillos. Luego, un hombre volvió a ensamblar la pistola impresa en 3D en los baños del Eurostar en 30 segundos (incluido el percutor de metal) y capturó fotos de él sosteniendo la pistola en lugares públicos, como en el vagón del tren. Esto muestra lo fácil que son estas armas para llegar a lugares donde se pueden usar para matar a muchas personas rápidamente.

Pistolas de metal impresas en 3D

Empresas emergentes como Desktop Metal y Vader Systems han recaudado enormes cantidades de capital (Desktop Metal recaudó más de € 200 millones) alegando que están haciendo la impresión 3D de metal 10-100 veces más rápida de lo que solía ser, al tiempo que reducen los costos de producción significativamente. Si estas promesas se pueden actualizar, la impresión 3D de metal se volverá más barata, más rápida y más escalable, pudiendo potencialmente competir con la fabricación tradicional.

Dado que los diseños de pistolas impresas en 3D están en todo Internet, debe asumir que cualquier persona con una impresora 3D de metal tendrá la capacidad de imprimir su propia pistola de metal si así lo quisiera. Por lo tanto, un problema potencial serio en el futuro es que cuando la impresión 3D de metal se vuelva lo suficientemente barata como para que la mayoría de la gente pueda pagarla, entonces, en teoría, todos podrían fabricar sus propias armas fantasma con facilidad. La impresora 3D de buen metal más barata es la Markforged Metal X, que cuesta € 100,000. Pero a un precio más barato que esto, ¿es tan indignante que las células terroristas estén dispuestas a comprar una para crear armas ilimitadas?

Conclusión

El hecho de que no estén matando gente hoy no significa que no se deba temer a la pistola impresa en 3D. La realidad es que las pistolas de plástico impresas en 3D no son fiables, es probable que se rompan al dispararse y son igualmente peligrosas para el tirador.

Sin embargo, las pistolas de metal impresas en 3D pueden causar tanto daño como las pistolas que se venden en las tiendas de EE. UU. La actual inaccesibilidad de la impresión 3D en metal significa que estas armas no representan una amenaza inmediata para la seguridad nacional. Pero la impresión 3D está mejorando muy rápidamente y es una tecnología exponencial. Dado que las empresas de impresión 3D de metal ya afirman ofrecer formas de imprimir metal en 3D 100 veces más rápido que unos años antes, ¿cuánto tiempo pasará hasta que la impresión 3D de metal se democratice tanto como las impresoras 3D FDM de escritorio? Cuando eso sucede, y no si , estas pistolas de metal representan una seria amenaza para la seguridad. Las armas son malas en las manos equivocadas, pero las armas imposibles de rastrear en las manos equivocadas son peores.

PolyJet / Material Jetting es una tecnología de impresión 3D que existe desde hace 20 años. Es muy similar a la impresión de inyección de tinta estándar, solo que cada capa impresa se apila para hacer una pieza 3D. También es una de las únicas tecnologías que permite la impresión 3D a todo color y también puede imprimir varios materiales al mismo tiempo.

Pero, ¿cómo funciona PolyJet? Esta guía explica la historia de la tecnología, la preparación para la impresión, el proceso de impresión 3D por inyección de material, el posprocesamiento, los materiales, las aplicaciones, las ventajas y desventajas, y más.

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Tiempo de lectura: aprox. 4 min .

Introducción a la inyección de materiales y PolyJet

Una breve historia

Material Jetting fue desarrollado por el fabricante israelí de impresoras 3D Objet Geometries en 1998 en Rehovot. Rami Bonen, Gershon Miller y Hanan Gotaait colaboraron para desarrollar la tecnología.

La empresa resultó exitosa y para el año 2000 había recibido una inversión de € 15 millones, valorando la empresa en € 36 millones. En abril de 2020 se anunció que Objet se fusionaría con Stratasys para consolidar las gamas de impresoras de ambas empresas de impresoras 3D . Stratasys ahora ofrece impresoras 3D PolyJet como parte de su gama de productos.

¿Es PolyJet o Material Jetting? ¿Y hay alguna diferencia?

Tanto PolyJet como Material Jetting son la misma tecnología. PolyJet es el nombre patentado por Objet Geometries a fines de la década de 1990, mientras que Material Jetting es el nombre técnico del proceso. Esto es similar a cómo el modelado por deposición fundida también se denomina a veces Fabricación de filamentos fundidos: uno es un nombre de «marca» patentado, el otro es un nombre técnico.

Usaremos ambos indistintamente durante esta guía.

Preparación para la impresión 3D PolyJet / Material Jetting

Como ocurre con todas las tecnologías, necesita un archivo de impresora 3D . Por lo general, un archivo STL , luego deberá enviar este archivo a un programa de corte 3D como Cura. Estos programas luego resolverán cómo imprimir su pieza en función de los tamaños de capa y la configuración de impresión que haya elegido, incluido el porcentaje de relleno, el grosor de la capa y más.

Características de impresión de PolyJet / Material Jetting

PolyJet es una de las tecnologías de impresión 3D más precisas, con una precisión de hasta 16 micrones y la capacidad de crear acabados extremadamente suaves. Dos aspectos de la inyección de material influyen mucho en la calidad de la pieza: el tamaño de la gota del chorro (similar al tamaño del punto del láser en SLA); y altura de capa.

Material Jetting es compatible con una gran variedad de materiales y colores. Con PolyJet, puede crear piezas de impresora 3D multicolores o incluso a todo color utilizando Material Jetting, ¡e incluso tener piezas de impresión con varios materiales diferentes en diferentes áreas de la pieza! Las impresoras PolyJet pueden imprimir una gama casi infinita de colores, ya que son compatibles con las gamas de colores Pantone, al igual que una impresora de inyección de tinta 2D de alta calidad.

Esto se debe a los múltiples cabezales de impresión, como las impresoras FDM 3D de doble extrusora , lo que significa que se pueden imprimir múltiples materiales simultáneamente. El éxito de Material Jetting en la impresión a todo color parece haber influido en el desarrollo de la impresión 3D Multi Jet Fusion .

Además, PolyJet es una de las tecnologías de impresión 3D más rápidas ya que, a diferencia de la sinterización selectiva por láser, por ejemplo, PolyJet imprime como una línea en lugar de en un punto fijo. Esto también significa que PolyJet puede imprimir varios objetos en esta línea a la misma velocidad que imprime un objeto.

PolyJet utiliza las mismas resinas poliméricas líquidas que la estereolitografía , que se inyectan y luego se curan al exponerlas a una luz ultravioleta. Esto es algo similar a la impresión de inyección de tinta 2D, solo con capas de impresión una encima de la otra para crear una parte sólida en lugar de imprimir en papel.

PolyJet / Jetting de materiales frente a SLA

Dado que PolyJet utiliza fotopolímeros como SLA, se podría decir que los dos procesos son similares. Sin embargo, las impresoras SLA 3D utilizan tecnologías de polimerización en cubas con mucho más calor que PolyJet, que utiliza temperaturas más bajas (30-60 ° C).

PolyJet / Jetting de materiales frente a FDM

El modelado por deposición fundida es la tecnología de impresión 3D más asequible y accesible, mientras que PolyJet es más cara e industrial. Una diferencia clave es que las piezas creadas con PolyJet se notan menos fuertes que las creadas con una impresora 3D FDM . Pierden fuerza con el tiempo, mientras que las piezas FDM mantienen su fuerza y forma. Sin embargo, la inyección de material es mucho más rápida, ofrece mejores opciones de material y color y es más escalable.

Proceso de impresión 3D PolyJet / Material Jetting

El proceso es similar a la impresión por inyección de tinta, solo que en lugar de inyectar gotas de tinta sobre el papel, PolyJet usa pequeñas boquillas para depositar gotas de fotopolímeros líquidos en la bandeja de construcción. Mientras se inyecta, el material se cura simultáneamente con una luz ultravioleta. Los polímeros se calientan entre 30 y 60 ° C para controlar su viscosidad mientras se inyectan e imprimen.

Las piezas creadas mediante este proceso requieren soportes para proteger la pieza de deformaciones o alabeos, y se imprimen al mismo tiempo que la pieza. Los soportes suelen estar hechos de un material diferente que está diseñado para separarse de la pieza cuando se disuelve en agua. Una vez disueltas, por lo general apenas se puede decir que había soportes en primer lugar, con las piezas Material Jetted conocidas por sus acabados superficiales lisos.

Postprocesamiento PolyJet / Material Jetting

Los soportes en PolyJet se imprimen de forma sólida, por lo que se utiliza más material que en FDM o SLA. Esto se suma al costo de la inyección de material, que puede ser muy costoso. Sin embargo, el proceso de extracción del soporte es muy fácil, ya que los soportes se crean a partir de materiales que se disuelven en agua, con poca evidencia de que hayan estado allí después.

Dado que no se utiliza un calentamiento extremo, las piezas se deforman o encogen muy poco durante el proceso de impresión. Esto ayuda a reforzar PolyJet como uno de los mejores y precisos acabados de superficie de todas las tecnologías de impresión 3D. Sin embargo, a medida que las piezas se hacen más grandes, pueden comenzar a perder precisión dimensional ya que las resinas comenzarán a encogerse a medida que se curen. Por lo tanto, considere usar otras tecnologías como Binder Jetting para piezas muy grandes. También debe tener cuidado al manipular las piezas, ya que pueden deformarse fácilmente debido a la exposición a condiciones cálidas o húmedas.

Aunque PolyJet ofrece los mejores acabados superficiales de todas las tecnologías de fabricación aditiva, todavía hay varias técnicas de posprocesamiento disponibles. Estos incluyen el lijado de la pieza si la pieza se va a recubrir posteriormente. Además, las piezas se pueden teñir y pintar para cambiar de color. Sin embargo, con la capacidad de imprimir a todo color de todos modos, esto no siempre es necesario.

PolyJet / Materiales de inyección de material

Hay una amplia gama de materiales disponibles para usarse con PolyJet, literalmente miles. Estos varían en color y propiedades químicas, desde rígidos a flexibles y moldeables. Para ser considerado un material adecuado para la impresión, el material debe tener una baja viscosidad y poder inyectarse en forma de gotas.

Sin embargo, estos materiales no son baratos. Los cartuchos de resina pueden costar entre € 300 y € 1,000 por kg. Ay.

Aplicaciones de inyección de material / PolyJet

Prototipos a todo color: dado que se pueden lograr superficies lisas y a todo color, PolyJet es el método perfecto para prototipos visuales detallados. Esto permite a los diseñadores e ingenieros ver cómo se ve su producto de cerca y evaluar los detalles y la funcionalidad. A menudo se usa para crear patrones para moldes que se usarán en otros procesos, como el moldeo por inyección. El prototipo original se crea con PolyJet y luego se utiliza para crear muchos más productos moldeados por inyección.

Modelos realistas para la educación: otro uso común de la impresión 3D Material Jetting es crear modelos realistas, como modelos anatómicos precisos de órganos humanos. Estos modelos pueden usarse para ayudar a enseñar a los estudiantes cómo realizar procedimientos médicos para que tengan más experiencia antes de realizar cirugías reales. Este acortamiento de la curva de aprendizaje es clave para reducir las tasas de mortalidad durante las cirugías.

Precio de la impresora PolyJet 3D

A diferencia de las impresoras 3D FDM , PolyJet es principalmente una solución industrial. Las impresoras 3D PolyJet comienzan en alrededor de € 6,000 y pueden costar hasta € 75,000 para los modelos de especificaciones más altas. Esto, junto con los costes de los materiales, convierte a Material Jetting en una tecnología de impresión 3D cara.

Ventajas y desventajas de PolyJet / Material Jetting

Ventajas de PolyJet / Material Jetting

• Preciso : la tecnología de impresión 3D con mayor precisión dimensional, hasta 16 micrones.
• Acabado de superficie suave : comparable al moldeo por inyección, por lo tanto, Material Jetting tiene aplicaciones en prototipos de moldeo por inyección.
• Rápido y escalable : PolyJet puede imprimir varias piezas simultáneamente sin pérdida de velocidad a diferencia de las impresoras 3D FDM o SLS .
• A todo color : no muchas tecnologías pueden producir impresiones a todo color, solo Binder Jetting, PolyJet y algunas impresoras Multi Jet Fusion . Agregue el hecho de que se pueden imprimir varios materiales en la misma pieza, y Material Jetting realmente se destaca. Además, el hecho de que se pueden utilizar casi infinitos tonos de color hace que sea extremadamente versátil para la impresión en color.

Desventajas de PolyJet / Material Jetting

• Pobres propiedades mecánicas : las piezas a menudo tienen peores propiedades mecánicas que las piezas creadas con tecnologías como FDM o SLS . Al igual que las piezas impresas en 3D SLA, son vulnerables al calor y la luz solar y pueden perder resistencia con el tiempo.
• Muy caras : son impresoras 3D industriales y los materiales pueden costar entre € 300 y € 1,000 / kg, y las impresoras industriales de inyección de material a veces cuestan € 100,000 +.

Binder Jetting es una tecnología de impresión 3D menos conocida pero versátil que tiene aplicaciones en una variedad de industrias. Binder Jetting es similar a la sinterización selectiva por láser en que requiere polvo en una plataforma de construcción para imprimir en 3D. Se utiliza en dos áreas principales: impresión 3D de metal y en la impresión de modelos y moldes de arena.

Si alguna vez ha visto el término impresión 3D ColorJet, también es Binder Jetting. 3D Systems vende impresoras bajo la marca Color Jet, por lo que si ve esto, sigue siendo Binder Jetting.

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Antes de comenzar a imprimir con Binder Jetting

Para imprimir en 3D, necesita un modelo digitalizado de la pieza que desea crear. Estos se pueden descargar en línea desde sitios como Thingiverse, o puede diseñarlos usted mismo. Los tipos de archivos de impresora 3D compatibles con la mayoría de las impresoras 3D incluyen archivos .stl, .obj y .gcode. Luego, estos se pueden enviar a la impresora 3D para cortarlos e imprimirlos.

Proceso de inyección de aglutinante

Binder Jetting implica depositar un agente aglutinante sobre un lecho de polvo, capa por capa, para formar una pieza. Estas capas se forman, una tras otra, hasta que se crea la parte completa. Podría describirse como un híbrido con elementos de sinterización selectiva por láser y inyección de material , utilizando un material en polvo como con SLS y un agente aglutinante para crear la pieza.

Un cabezal de impresión pasa sobre la superficie del polvo, depositando gotas de aglutinante (que tienen alrededor de 50 micrones de diámetro) que unen las partículas de polvo para formar cada capa del eventual modelo 3D.

Una vez que se termina una capa, el lecho de polvo se baja una capa y se extiende una nueva capa de polvo sobre la capa previamente impresa para que pase el cabezal de impresión.

La precisión y el acabado del objeto aglomerante depende de una variedad de factores. En primer lugar, las alturas de las capas son importantes para determinar la suavidad del acabado. Además, el tamaño de la gota y el tamaño del polvo son importantes para la precisión y la precisión con que se capturará la geometría compleja.

Postimpresión de inyección de aglutinante

Una vez impresa, la pieza se deja curar y ganar fuerza. Después de esto, la pieza se retira del lecho de polvo. Cualquier polvo que no se haya unido se elimina con aire comprimido.

Con Binder Jetting, no se requieren soportes, a diferencia de FDM o SLA. Esto se debe a que las piezas están rodeadas de polvo. Esto también ayuda a reducir el tiempo de posprocesamiento y también ahorra dinero ya que se consumen menos materiales.

Contenedor de polvo

Al igual que SLS, Binder Jetting utiliza un contenedor de polvo. Sin embargo, las piezas se imprimen sin calor, por lo que no hay enfriamiento diferencial y, por lo tanto, no hay deformaciones. Esto significa que se pueden imprimir varias piezas fácilmente durante el proceso de impresión. Esto hace que Binder Jetting sea un buen candidato para la fabricación de piezas metálicas de volumen bajo a medio.

Precisión dimensional

Si la precisión de la impresión 3D de arenisca a todo color, generalmente se limita a 100 micrones, mientras que los núcleos / moldes se limitan a entre 240-380 micrones. Sin embargo, algunas impresoras pueden imprimir hasta 50 micrones si se requiere una superficie especialmente lisa, aunque esto hace que la impresión sea más cara y más lenta. Debido a la falta de calentamiento, las piezas tienen una precisión dimensional muy buena. Sin embargo, existen problemas potenciales de contracción durante los procesos de infiltración o sinterización. Estos son difíciles de predecir y pueden hacer que las piezas se encojan entre un 0,8% y un 2% del tamaño total de la pieza.

Aquí hay otro video que explica el proceso:

Materiales de inyección de aglutinante

Hay dos tipos principales de materiales utilizados con Binder Jetting, arenisca y metales. Sus aplicaciones varían mucho, lo que explicaremos en la siguiente parte.

Chorro de arena con aglutinante

Impresión en arena a todo color

Binder Jetting es una alternativa de bajo costo a los procesos de fabricación tradicionales a las piezas 3D hechas de arena. Un beneficio clave de usar Binder Jetting es la ventaja de la impresora 3D a todo color , una rareza en la impresión 3D. Esto se hace mezclando polvos a base de yeso con el aglutinante líquido.

El cabezal de impresión inyecta el agente aglutinante mientras que otro cabezal de impresión (secundario) inyecta color. Luego, la pieza se cura y se limpia para recuperar la pieza terminada. Luego, esta parte se sinteriza generalmente para hacerla más fuerte. Dado que la pieza ya está coloreada correctamente y cualquier exceso de polvo se puede eliminar fácilmente, otra ventaja del chorro de arena con aglutinante es que se necesita muy poco procesamiento posterior.

Impresión de moldes de arena

El chorro de arena también se usa a menudo para crear moldes, usando arena real o sílice artificial.

Se aplica el mismo método de impresión que con la impresión en arena a todo color. Estos moldes se crean y luego se funden, antes de romperlos para que se pueda quitar la parte metálica del interior. Esto permite formas geométricas complejas, además de ser de bajo costo.

Inyección de aglutinante con metal

Binder Jetting también se puede utilizar para producir piezas metálicas. El proceso implica la unión de polvo metálico utilizando el agente aglutinante de polímero. Al igual que con la arena, Binder Jetting permite la creación de piezas geométricamente complejas que los métodos de fabricación tradicionales simplemente no pueden hacer.

Los metales compatibles con Binder Jetting incluyen acero inoxidable, inconel, cobre, titanio y carburo de tungsteno. En un futuro próximo, la inyección de aglutinante también puede ser fácilmente compatible con los termoplásticos.

Para crear piezas metálicas resistentes y funcionales, se recomienda un proceso secundario. Dependiendo de la funcionalidad prevista de la pieza, se realiza la infiltración o la sinterización. Estos dos procesos se describen a continuación:

Infiltración

Una vez que la pieza ha curado, se retira y se coloca dentro de un horno caliente. El aglutinante se calienta hasta que se quema, reduciendo la pieza a aproximadamente un 60% de densidad y dejando huecos en la pieza.

Luego se usa bronce para rellenar estas partes no densas hasta que la parte tenga una densidad superior al 90% y sea mucho más fuerte: se infiltra en los huecos. Sin embargo, las piezas creadas mediante esta técnica siguen siendo menos resistentes que las piezas creadas mediante fusión en lecho de polvo, como la fusión por haz de electrones o la sinterización directa por láser de metales .

Sinterización

La sinterización se puede realizar en lugar de la infiltración en algunas situaciones. Una vez curada la pieza, se sinteriza en el horno hasta que alcanza una alta densidad de al menos el 97%.

Sin embargo, una razón por la que algunos pueden preferir la infiltración se debe a la contracción que se produce durante el proceso. Es casi imposible predecir qué dimensiones se verán más afectadas y la reducción no es igual en toda la pieza. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar la pieza en una herramienta de software 3D, pero aún puede ser problemático.

Aplicaciones de inyección de aglutinante

Modelos de fundición en arena

Se pueden imprimir moldes y núcleos de arena intrincados utilizando impresoras 3D Binder Jetting. El proceso del molde no es muy diferente al de Fundición a la cera perdida y permite geometrías intrincadas debido al soporte que proporciona el molde.

Para obtener más detalles sobre este proceso, vea el video a continuación realizado por la destacada compañía de impresoras Binder Jetting 3D ExOne:

Modelos y prototipos a todo color

Al ser una de las pocas tecnologías capaces de imprimir a todo color, Binder Jetting es una excelente opción para prototipos en color. La capacidad de usar color e imprimir en tamaños grandes significa que Binder Jetting es perfecto para prototipos arquitectónicos como extensiones de casas, piscinas, hoteles; así como una serie de otras industrias.

Empresas de impresoras 3D de inyección de carpetas

Muchas menos empresas de impresoras 3D operan en el sector de inyección de aglutinante que en la impresión 3D de metal DMLS .

Estas empresas incluyen 3D Systems (bajo la marca Color Jet), ExOne, Digital Metal y Voxeljet. La impresión 3D de Nano Particle Jetting (NPJ) de XJet es similar, pero no se considera Binder Jetting.

• Para obtener más información, tenemos una descripción detallada de todos los fabricantes de impresoras 3D de metal aquí .

Ventajas y desventajas de la inyección de aglutinante

Ventajas de la inyección de aglutinante

• No requiere soportes : significa menos tiempo de posprocesamiento y se utilizan menos materiales en comparación con tecnologías como el modelado por deposición fundida y la estereolitografía .
• Más económico : el 100% del polvo no utilizado se puede reutilizar en futuras impresiones. En las impresoras 3D SLS, solo aproximadamente el 50% es reutilizable.
• Sin deformaciones ni encogimientos: no utiliza calor, por lo que no hay deformaciones debido al enfriamiento diferencial, como ocurre con las impresoras 3D FDM . Sin embargo, tenga en cuenta que se puede producir algo de contracción con la sinterización después de la impresión. La falta de deformación significa que las impresoras 3D Binder Jetting son excelentes opciones para la producción de piezas escalables.
• Opciones a todo color : muy pocas tecnologías tienen esta opción comúnmente disponible, solo Multi Jet Fusion y Material Jetting .

Desventajas / limitaciones de la inyección de aglutinante

• Baja resistencia de la pieza : incluso con sinterización o inflitración, las piezas creadas mediante Binder Jetting no son tan resistentes como las piezas creadas mediante fusión en lecho de polvo. A menudo tienen menos resistencia mecánica y se rompen / alargan con una fuerza menor.
• Menos precisa que la inyección de material : por lo tanto, la inyección de carpetas pierde en algunos casos la impresión a todo color.

La sinterización selectiva por láser es una de las principales tecnologías de impresión 3D utilizadas, aunque las impresoras 3D SLS existen desde finales de la década de 1980. Junto con el modelado por deposición fundida y la estereolitografía , SLS ha dominado la creación rápida de prototipos y la fabricación de números bajos durante décadas.

Desde que expiraron las patentes originales de sinterización selectiva por láser, varias empresas han sido pioneras en versiones de bajo costo de la tecnología, incluidas Formlabs, Sintratec y Sharebot . Tendremos que ver cómo progresan estas empresas de impresoras 3D y si la sinterización láser selectiva puede convertirse en una alternativa de bajo costo a los métodos actuales.

También tenemos guías escritas para todas las demás tecnologías principales de impresión 3D .

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Sinterización selectiva por láser: explicación

Tiempo de lectura estimado: 5 minutos.

Introducción rápida a la impresión 3D SLS

La sinterización selectiva por láser cae bajo el paraguas de la fusión en lecho de polvo y utiliza polvos de polímero con un láser para imprimir. Este es un método muy similar al sinterizado directo de metal por láser , sin embargo, se trata de polvos metálicos.

Algunos también notan similitudes entre la sinterización selectiva por láser y la nueva e innovadora tecnología Multi Jet Fusion de HP.

Historia de la sinterización selectiva por láser

La sinterización selectiva por láser fue desarrollada por el ahora Dr. Carl R. Deckard cuando aún era un estudiante universitario en la Universidad de Texas. El desarrollo fue con su profesor en ese momento, Joe Beaman. Después de desarrollar el proceso, el Dr. Deckard comenzó a poner en marcha Desk Top Manufacturing (DTM), que luego se vendió al gigante de la impresión 3D 3D Systems en 2001 por un valor de € 45 millones.

La sinterización selectiva por láser era solo un método industrial hasta que expiraban las patentes, y casi todas las impresoras SLS eran máquinas industriales que costaban más de 250.000 euros. Sin embargo, ahora que las patentes caducan, nuevas empresas han creado alternativas de menor costo, como las impresoras Sinterit Lisa o Sintratec. SLS se utiliza comúnmente para la creación rápida de prototipos que ofrecen una amplia variedad de servicios de impresión 3D .

Configuración de una impresora 3D SLS

Para imprimir en 3D, primero necesita un programa de software 3D si diseña la pieza usted mismo. De lo contrario, puede descargar modelos de impresoras 3D de sitios web como Thingiverse.

Deberá exportar su diseño a un archivo compatible con la impresora, como un archivo STL , o simplemente importar su archivo descargado a su cortadora 3D. Luego, puede enviar este archivo a su impresora 3D para imprimir el modelo / pieza.

Los mejores parámetros de impresora de sinterización láser selectiva

Los dos aspectos principales que afectan la calidad de una impresión SLS son el tamaño del punto láser y la altura de la capa. Esto es similar al FDM, solo que en lugar de la altura del punto del láser, tiene el diámetro de la boquilla .

Las alturas de las capas suelen ser de 100 micrones / 0,1 mm, pero algunas impresoras pueden imprimir con precisión a 50 micrones.

También vale la pena señalar que los diferentes polvos afectarán la calidad de impresión. Los polvos finos y suaves crean piezas con un mejor acabado superficial pero pueden crear problemas durante la etapa de repintado, mientras que los polvos más duros no se verán tan afilados, pero son más confiables y resistentes.

Proceso de sinterización selectiva por láser

El proceso de sinterización selectiva por láser implica la fusión de pequeñas partículas de material polimérico en polvo mediante el calor de un láser de alta potencia. Se utiliza una fuente térmica para fusionar las partículas de polvo en una ubicación específica de la plataforma de construcción para desarrollar una pieza sólida impresa en 3D.

Antes de imprimir, el polvo se calienta a una temperatura justo por debajo del punto de fusión del material. La hoja de repintado luego deposita el polvo de una capa de altura en la plataforma de construcción. SLS a menudo utiliza alturas de capa de 0,1 mm / 100 micrones.

Luego, el láser de CO2 sinteriza selectivamente el polvo de acuerdo con las dimensiones de la pieza, solidificándolo. Trazará toda la capa, antes de pasar a la siguiente capa y comenzar de nuevo. Esto continúa repetidamente, capa por capa, hasta que la pieza terminada está lista.

Este proceso es como SLA en el que un láser se enfoca en un punto específico y la plataforma se mueve después de que se ha terminado cada capa. También es como el modelado de deposición fundida en el que las piezas se completan capa por capa mediante la fusión de un material, aunque FDM usa filamentos de plástico en lugar de polvo.

A diferencia de SLA o FDM, la sinterización selectiva por láser no requiere ningún soporte, ya que el polvo en el contenedor abarca la pieza y la mantiene estable, sin importar la geometría. Esta es una gran ventaja ya que los soportes de impresión pueden afectar el acabado de la superficie, la velocidad de impresión y significa que se pueden imprimir diseños más complejos.

SLS también es una de las tecnologías de impresión 3D más adecuadas para la producción por lotes. Esto se debe a que se pueden producir varias piezas a la vez; de hecho, es más económico imprimir muchas piezas simultáneamente. Esto se debe a que el polvo solo es reciclable en un 50% y, por lo tanto, llenar completamente el contenedor de polvo e imprimir muchas piezas es el uso más eficiente de estos polvos, que puede ser costoso. La colocación / orientación inteligente de las piezas también reducirá los costos.

Una analogía simple de impresión 3D SLS

Si alguna vez ha tomado una clase en la que tuvo que usar diseños CAD para cortar madera con láser en un proyecto, esto no es muy diferente de la impresión 3D SLS. En lugar de cortar una parte de la madera, el láser solidifica el polvo para hacer el objeto.

De la misma manera que usaría una cortadora láser, un láser traza el contorno de la pieza que ha diseñado. Sin embargo, dependiendo del relleno, una impresora SLS sinterizará polvo dentro de este contorno también.

Esto es similar a cómo se crea una capa individual en la sinterización selectiva por láser.

Postprocesamiento con sinterización selectiva por láser

La diferencia clave entre el sinterizado selectivo por láser y otras tecnologías de impresión 3D de plástico es que no hay necesidad de soportes. Esto se debe a que la pieza está encapsulada en el material en polvo y no necesita soportes para permanecer estable. Esta es una gran ventaja sobre técnicas como el modelado por deposición fusionada y la estereolitografía .

Una vez finalizada, una pieza creada mediante Sinterización selectiva por láser debe dejarse enfriar antes de poder sacarla. Esto toma aproximadamente el 50% del tiempo total de impresión en promedio. Esto puede agregar más tiempo a una impresión, especialmente si es una parte grande; si la impresión demora 12 horas, es posible que deba dejarla otras 6 horas para que se enfríe.

Antes de que pueda llevarse a cabo cualquier otro proceso, es necesario eliminar el exceso de polvo de la pieza con aire comprimido.

Otro factor importante a tener en cuenta con la sinterización selectiva por láser es la contracción y deformación que pueden tener lugar, de forma similar al modelado por deposición fundida. Esto se debe a que cuando se sinteriza cada nueva capa, entra en contacto con la capa ahora fría debajo de ella. Esta diferencia de calor puede tirar de la capa de abajo hacia arriba, creando partes curvas que forman una sonrisa cuando deberían estar planas.

Esto es peor con piezas largas y planas, pero puede remediarse produciéndolas en ángulo. La mayoría de las impresoras 3D SLS tienen una cámara de calor que contrarresta un poco la contracción, aunque sigue siendo un problema.

Materiales de sinterización selectiva por láser

Los materiales utilizados con la sinterización selectiva por láser son polímeros, generalmente diferentes formas de poliamida (PA).

La poliamida se utiliza principalmente, ya que tiene una buena resistencia química y es estable y fuerte. Estos polvos cuestan alrededor de € 50-60 / kg. Los colores también son limitados, aunque las piezas se pueden teñir después de la impresión para producir otros colores. Los metales se pueden utilizar en un proceso similar al sinterizado selectivo por láser, llamado DMLS (sinterizado directo por láser de metales).

La poliamida más utilizada es PA 12, también conocida como Nylon . Tiene buena resistencia química y es bastante fuerte, y también se puede mezclar con otros materiales como carbono o aluminio para crear materiales compuestos en polvo.

Aquí hay algunos materiales en polvo SLS que recomendamos:

• Para obtener un polvo básico de PA 12, Sintratec produce un buen polvo de nailon. El precio más barato disponible aquí .
• Si desea crear piezas flexibles, Sintratec también vende un polvo Flexa Soft. Sin embargo, es más caro, aunque está disponible al mejor precio aquí .

Al elegir los materiales en polvo, es importante pensar qué tipos de polvos desea. Los polvos más finos producen una superficie de la pieza más lisa pero crean problemas con la manipulación y el recubrimiento, mientras que los polvos más gruesos crean piezas que son más fáciles de manipular, pero tienen un acabado menos atractivo.

Impresoras 3D SLS

La sinterización selectiva por láser generalmente se considera un proceso de impresión 3D industrial , en lugar de una técnica asequible y de bajo costo como FDM. Este ha sido el caso desde que 3D Systems, EOS y Stratasys produjeron las principales impresoras 3D SLS en la década de 1990.

Sin embargo, ahora hay impresoras 3D SLS más asequibles como la VIT de Natural Robotics, la Fuse 1 de Formlabs y la Sinterit Lisa.

Las impresoras 3D SLS tienen un volumen de construcción promedio de 300 x 300 x 300 mm. Sin embargo, las impresoras 3D de sinterización láser más grandes pueden imprimir hasta 750 x 550 x 550 mm. También se debe esperar que la pieza se contraiga con SLS. Por lo general, esto se puede estimar en alrededor del 3 al 3,5% y es en su mayoría aleatorio. La mayoría de las impresoras 3D SLS tienen una precisión de alrededor de 100 micrones, aunque esto depende de cada impresora 3D.

• Tenemos una clasificación completa de las 10 mejores impresoras 3D SLS aquí .

Aplicaciones de sinterización selectiva por láser

La sinterización selectiva por láser tiene aplicaciones en la producción y creación de prototipos de piezas funcionales. Esto se debe a que SLS es conocido por tener muy buena precisión y puede imprimir geometrías muy complejas. El hecho de que se puedan crear varias piezas simultáneamente en la plataforma de construcción significa que la sinterización selectiva por láser es buena para la producción de piezas de baja producción.

Las industrias que utilizan la sinterización selectiva por láser incluyen la industria aeroespacial, prótesis impresas en 3D , audífonos, implantes dentales y más. SLS también es un método de producción preferido en la producción de piezas huecas como tuberías.

Ventajas y desventajas de la sinterización selectiva por láser

Ventajas de la sinterización selectiva por láser

• Ideal para producir piezas resistentes y funcionales con geometrías complejas.
• Alto nivel de precisión (aunque no tan alto como la estereolitografía).
• No requiere soportes, ahorrando tiempo de impresión y posprocesamiento.

Desventajas / limitaciones de la sinterización selectiva por láser

• Muy caro. Las máquinas a menudo pueden costar más de € 250,000 y los materiales cuestan € 50-60 / kg. Además, las máquinas requerían operadores calificados para su uso.
• Un tiempo de enfriamiento del 50% del tiempo de impresión puede significar hasta 12 horas de espera. Esto conduce a un mayor tiempo de producción.
• Las piezas tienen una superficie granulada sin ningún procesamiento posterior.