Todos hemos oído hablar de la Edad del Bronce y la Edad del Hierro, pero ¿qué pasa con la Edad del Cobre? El bronce, una aleación que consiste principalmente en cobre que se fortalece mediante la adición de estaño u otros metales ligeros, se descubrió después de que el cobre puro se había utilizado ampliamente durante más de mil años para fabricar herramientas, armas, monedas y joyas. Por supuesto, una vez que los humanos pudieron trabajar con el hierro mucho más duro, el bronce se volvió obsoleto. En la era de la impresión 3D, el descubrimiento de los métodos de manipulación de estos metales se ha desarrollado en orden inverso, ya que la impresión 3D de acero (hierro) ha estado disponible en varios formatos tecnológicos, mientras que la impresión 3D de cobre está disponible solo recientemente.

¿Por qué la demora? La retención fue causada por la reflectividad del cobre, que refleja gran parte de la luz del láser que se usa para sinterizar polvos metálicos en impresoras 3D de metal. Pero ese obstáculo se superó y otras tecnologías de impresión también han desarrollado métodos para imprimir cobre. Pero si el cobre no es tan fuerte como el acero, ¿por qué imprimir con él?

Propiedades del cobre

• Muy conductor de electricidad : hay una razón por la que el cableado de cobre es común y es porque el material exhibe poca resistencia a las corrientes eléctricas. También se encuentra en electroimanes por la misma razón.
• Excelente conductividad térmica : el cobre conduce y disipa el calor de manera efectiva, por lo que es un material ideal para disipadores de calor, tuberías de calor y radiadores. También es una gran cacerola.
• Resistente a la corrosión : el clima, el desgaste, el calor y la mayoría de los productos químicos tienen poco efecto sobre el cobre, por lo que se usa en plomería, cables eléctricos y utensilios de cocina. Las joyas y las piezas de arte hechas de cobre pueden sobrevivir durante miles de años.
• Brillante : el cobre tiene un brillo brillante y es popular en joyería y arquitectura por ese brillo especial.

Cuando tomamos todas esas maravillosas propiedades y las combinamos con la precisión y la libertad geométrica de la impresión 3D, obtenemos diseños que brindan fantásticas mejoras en la funcionalidad, tales como: canales conformados internos en boquillas cohete, heatpipes curvos e irregulares, estructuras de celosía para integrales. blindaje térmico, estructuras de mecha, microfiltros con enfriamiento pasivo y circuitos 3D. Y eso es solo la punta del iceberg.

Entonces, ¿cómo se imprime el cobre en 3D?

• Fusión de lecho de polvo de metal : un láser sinteriza secciones transversales consecutivas sobre un lecho de polvo de cobre, una capa a la vez.
• DED : se deposita una fina corriente de polvo de cobre y se sinteriza inmediatamente con un láser de alta potencia, y las piezas se forman una capa a la vez.
• Extrusión de material metálico : el polvo de cobre se convierte en varillas / filamentos utilizando una pequeña cantidad de aglutinante para que se pueda imprimir en impresoras 3D de deposición de filamentos. Las piezas «verdes» recién impresas deben pasar por un proceso de desaglomerado. Las partes “marrones” de debound luego pasan a un horno para ser sinterizadas en metal sólido. Markforged anunció recientemente que han agregado cobre a su selección de materiales utilizando este método en sus impresoras patentadas. Además, The Virtual Foundry ofrece filamento de cobre que se puede imprimir en la mayoría de las impresoras 3D de escritorio , aunque los usuarios deben encontrar su propio servicio de desaglomerado y sinterización.

En nuestro mundo de alta tecnología de lanzamientos regulares de cohetes y computadoras de bolsillo, existen aplicaciones ilimitadas para el cobre impreso en 3D. ¿Dónde crees que brillará?

Imagen destacada cortesía de Markforged

Un objetivo tácito de la comunidad de impresión 3D en su conjunto parece ser imprimir todo tipo de vehículo; hay bicicletas impresas, motocicletas, automóviles , autobuses y botes . Y ahora hay un scooter submarino impreso en 3D: AMAZEA de JAMADE, con sede en Alemania .

“AMAZEA es el primer avance de la industria con el potencial de redefinir la tecnología de los vehículos marítimos y la experiencia del consumidor en los deportes acuáticos en todo el mundo”, dijo Janko Duch, socio gerente de JAMADE. El «lifestyle aquajet» no requiere licencia de operador y puede ser utilizado por la mayoría de las edades con sus controles de dirección intuitivos. Sus motores eléctricos duales pueden empujarlo hasta 30 km / h por encima del agua y 20 km / h bajo el agua, lo cual es bastante rápido. Siempre que pueda contener la respiración lo suficiente (o tenga equipo de buceo), puede funcionar a una profundidad de hasta 18 metros bajo el agua. Y sus baterías son intercambiables para uso continuo, ya sea para recreación, exploración o investigación.

75% impreso en 3D

Pero la característica más interesante de AMAZEA es su método de fabricación, que es la impresión 3D. Aproximadamente el 75% de la moto de agua está impresa en un BigRep ONE . Los fundadores explican por qué eligieron la impresora de gran formato, diciendo: «Optamos por la BigRep ONE debido a su rentabilidad, precisión y calidad en comparación con la inversión extremadamente alta en herramientas tradicionales, particularmente en la menor cantidad del primer año». La impresión 3D no solo reduce sus costos de fabricación de tiradas bajas, sino que también les permite personalizar los pedidos con colores especiales y marcas en relieve / incrustadas. Además, imprimir el cuerpo como una pieza sólida hace que las fugas sean menos probables, ya que generalmente ocurren donde las partes están unidas.

Producción en serie

El material PRO HT de BigRep , que puede funcionar a temperaturas de hasta 115 ° C, se utiliza para imprimir el cuerpo de modo que pueda sobrevivir al duro entorno exterior. Obviamente, BigRep es un fan. «Este scooter es un escaparate de BigRep de nuestras soluciones digitales que potencian la producción al aprovechar todo el potencial de las impresoras 3D de gran formato con filamentos de alto rendimiento», dijo el director general de BigRep, Martin Back. «También significa el rápido progreso de la impresión 3D en la producción en serie de productos finales para el consumidor, abriendo una nueva dimensión para AM en nichos similares pero también en mercados de alta tecnología».

Si va a la playa este verano, esté atento a este scooter acuático impreso. Y no se sorprenda si también ve un dirigible, un helicóptero o un submarino impreso en 3D. Estarán aquí muy pronto.

Imagen destacada cortesía de JAMADE

Nuestro artículo reciente sobre un scooter submarino impreso en 3D terminó con una predicción de que pronto veremos un submarino impreso en 3D. Si bien todavía no estamos del todo allí, se logró un paso significativo en esa dirección durante el verano cuando los componentes impresos en 3D para submarinos de thyssenkrupp Marine Systems recibieron aprobaciones de seguridad y calidad para la producción en serie.

Esto convierte a thyssenkrupp TechCenter Additive Manufacturing en el primer centro de fabricación de impresión 3D del mundo en recibir la aprobación del fabricante de DNV GL , la sociedad global que proporciona procesos de acreditación y certificación a varias industrias, incluidas la marítima, las energías renovables, la atención médica y otras. Las certificaciones de fabricación garantizan que los procesos y las piezas finales cumplan con los estándares actuales de la industria en cuanto a seguridad, funcionalidad, repetibilidad y protocolos de sustitución de piezas de repuesto.

Para demostrar cómo la AM podría beneficiar al sector submarino, los ingenieros optaron por rediseñar un bloque de válvulas optimizado para la impresión 3D. Es común rediseñar las piezas antiguas cuando se cambia su fabricación a AM porque hay más geometrías ideales disponibles con la impresión 3D; Para un repaso de este concepto, consulte nuestro artículo sobre DFAM (diseño para fabricación aditiva) . Los objetivos del proyecto incluían reducir el peso, mejorar el comportamiento del flujo para reducir el ruido, baja permeabilidad del material y una mejor gestión de los medios. Mediante el uso de diseño generativo y simulaciones de flujo, los tramos de tubería ideales podrían trazarse y probarse en la fase de diseño. Eso se traduce en mucho tiempo y dinero ahorrado durante la fase de creación de prototipos.

La impresión 3D nos abre un potencial completamente nuevo. En la ingeniería de diseño, ya no tenemos que considerar los límites de los procesos de fabricación convencionales en todas partes. De esta forma, damos a nuestros clientes más libertad en el diseño de los barcos. Al mismo tiempo, podemos producir componentes de forma más rápida y rentable. Aportar la experiencia y el equipo necesarios para servirnos en Kiel es el requisito previo para poder hacer lotes más pequeños de forma rápida y sencilla en serie en el futuro. Dr. Luis Alejandro Orellano, director de operaciones de thyssenkrupp Marine Systems

El bloque de válvulas impreso redujo el número de piezas en el conjunto al tiempo que logró una reducción de peso del 83% de 13,3 kg a 1,1 kg, así como una reducción de espacio de aproximadamente un 20%; La reducción de peso de los componentes significa que se puede aumentar la carga del submarino. Además, la permeabilidad se redujo utilizando una aleación de cromo-níquel 1.3964. El componente también se produjo con un plazo de entrega de solo un año, que es sustancialmente más corto que el estándar de la industria de cinco a siete años. El plan es centrarse primero en la fabricación de pequeños lotes para submarinos, pero también buscarán producir piezas de repuesto de la misma manera.

Imagen destacada cortesía de TKMS

Impresión 3D de silicona

La silicona es un material relativamente nuevo en la impresión 3D, aunque no por falta de demanda, ya que sus propiedades mecánicas son ideales para innumerables aplicaciones. La tecnología tardó un tiempo en desarrollarse porque la silicona tiene una viscosidad muy alta, lo que dificulta la impresión 3D de manera precisa. La silicona es un elastómero y, a diferencia de los termoplásticos, no puede volver a su estado líquido después de solidificarse.

Un elastómero es un polímero con viscoelasticidad (viscosidad y elasticidad); es el nombre técnico del caucho. El primer caucho provino de la savia de los árboles de hevea en la selva amazónica, que ahora se conocen más comúnmente como árboles de caucho. El caucho tiene muchas cosas a su favor, el más notable es el hecho de que se puede estirar y volverá a su forma original cuando se suelte. La silicona, al ser un caucho sintético, comparte ese rasgo, pero también cuenta con varias otras características atractivas, que incluyen:

Propiedades y aplicaciones de la silicona

• – Excelente estabilidad térmica, hasta 200 ° C y tan bajo como -80 ° C, con ciertas formulaciones capaces de subir y bajar
• – Repele el agua y es resistente al vapor.
• – Juego de compresión ideal para formar sellos herméticos
• – resistente a los rayos UV
• – Aislante eléctrico, incluso bajo el agua.
• – Resistente al desgarro
• – Transparente, ideal para óptica
• – Puede esterilizarse
• – Retardante de llama
• – Alimentos seguros
• – biocompatible

Esas propiedades hacen que la silicona se encuentre en una amplia gama de industrias, como la fabricación, la energía, la producción y manipulación de alimentos, la automoción, la industria aeroespacial, los bienes de consumo, la salud, la electrónica y la agricultura. Todo, desde juntas y tubos hasta teclados e interruptores, está hecho de gomas de silicona. Los dispositivos de amortiguación del sonido en los automóviles y las cajas negras en los aviones también están hechos de este material. Los utensilios para hornear antiadherentes flexibles de su cocina pueden colocarse en el horno, el congelador y el lavavajillas porque están hechos de silicona. Y su snorkel mantiene el agua fuera de su nariz gracias a la silicona. Con todos estos usos, no es de extrañar que los ingenieros quisieran poder imprimir en 3D con él.

Empresas de impresión 3D de silicona

Wacker Chemie ACEO

La primera empresa en lograr la impresión 3D de silicona fue Wacker Chemie , una empresa química global. Comercializan su tecnología DOD (drop-on-demand) bajo la marca comercial ACEO. Su impresora 3D de caucho de silicona líquida ACEO Imagine Series K cuenta con un dispensador que puede depositar y cortar rápidamente pequeñas gotas de silicona en patrones precisos sin tocar el objeto. Una luz ultravioleta cura cada capa para solidificarla antes de que se deposite la siguiente. Las siliconas ACEO no contienen acrilatos ni uretanos, por lo que son auténticos elastómeros. Y la impresión de múltiples materiales es posible porque sus impresoras 3D pueden trabajar con múltiples siliconas a la vez. Los materiales de soporte son solubles en agua y las piezas se terminan con un tratamiento de post-curado al vacío a 200 ° C durante cuatro horas.

Caso de uso de ACEO

Una de las siliconas de ACEO es eléctricamente conductora y se puede utilizar en todo tipo de aplicaciones electrónicas, como sensores, elementos calefactores, interruptores y circuitos complejos. Un caso de uso real del material es el dispositivo de terapia CINOGY PlasmaDerm para el cuidado de heridas, donde las áreas conductoras de electricidad son producidas por ACEO. Aquí, el material necesitaba ser biocompatible, conductor de electricidad y flexible, por lo que es un escenario ideal para la impresión 3D de silicona.

Henkel LOCTITE

La empresa de adhesivos LOCTITE (Henkel) también ha desarrollado la impresión 3D de silicona, aunque la suya se basa en la impresión 3D de resina. Han lanzado una impresora 3D DLP de código abierto y una línea de materiales de resina, lo que significa que su silicona y otros materiales se pueden usar en ‘cualquier’ impresora 3D basada en resina.

Caso de uso LOCTITE de Henkel

Cuando un fabricante de respiradores necesitó 100 tubos translúcidos, resistentes pero flexibles de 1.5 pulgadas, recibió una cotización de un moldeador de inyección por € 19,000 para fabricar los moldes. Ah, y tardaría cuatro semanas. Pero LOCTITE suministró la resina de silicona para imprimir las piezas por solo € 19 cada una, diez veces menos que la cotización del molde de inyección. Y las piezas se imprimieron y entregaron en cuatro días.

EnvisionTEC

EnvisionTEC tiene un Bioplotter 3D (que funciona como la máquina ACEO) y una impresora 3D de resina de silicona (como la de LOCTITE). Producen juntas, apósitos biocompatibles y modelos de planificación quirúrgica.

Caso de uso de EnvisionTEC

Su E-Silicone se utiliza principalmente para fabricar audífonos con moldes de capullo. Se puede inyectar silicona de grado médico en los moldes para producir conchas de alta calidad con un sellado acústico mejorado, más ganancia antes de la retroalimentación y mejor retención.

SpectroPlast

SpectroPlast se desarrolló a partir de ETH Zurich y utiliza una tecnología SLA para imprimir silicona en 3D.

Casos de uso de SpectroPlast