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Como describimos regularmente, la industria automotriz está adoptando rápidamente la impresión 3D, especialmente las impresoras 3D de gran formato . Una de las empresas a las que se dirigen los fabricantes de automóviles es BigRep . Y BigRep da la bienvenida a estos clientes implementando sus comentarios en sus máquinas y creando contenido adaptado a sus necesidades específicas, como el seminario web: Cómo Ford está optimizando la fabricación con herramientas y accesorios impresos en 3D. Está lleno de información útil y de las operaciones diarias de los trabajadores de ensamblaje y de cómo las herramientas impresas en 3D hacen que su trabajo sea más fácil y seguro.

Lars Bognar, ingeniero de investigación de Ford, explica algunos de los beneficios clave del uso de AM en plantas de automóviles. Los gerentes de compras generalmente están encantados con AM porque reduce su dependencia de los proveedores, que a menudo cambian los precios y se quedan sin inventario. Quienes trabajan en la planta aprecian que las herramientas impresas en 3D son más ergonómicas que las herramientas tradicionales, lo que las hace más fáciles y cómodas de manejar. Y las iteraciones más rápidas para la creación de prototipos significan tiempos de desarrollo más cortos. Si bien la personalización es un gran beneficio, también significa que no hay certificación ni estandarización, por lo que las soluciones a menudo deben crearse desde cero.

Lars repasa algunos casos de estudio, comenzando con una herramienta para colocar piezas de metal para soldarlas manualmente. Esta es una configuración de ejecución baja para prototipos, por lo que generalmente las herramientas se desechan después de que se completa la ejecución de producción de un par de cientos de unidades. Al imprimir en 3D algunas de las herramientas, tienen la opción de reciclar las piezas triturándolas en gránulos de plástico que se pueden reutilizar.

Tanto para aplicaciones de alto volumen como de bajo volumen, las plantillas manuales impresas en 3D se pueden utilizar como plantillas para alinear agujeros y piezas. Una pieza que se usa una vez por minuto debe ser lo más liviana posible y, al reducir el peso de una plantilla en 1 kg, un trabajador levantará 600 kg menos durante un solo turno . La gama de materiales que se pueden utilizar en las máquinas BigRep permite a los ingenieros elegir el material que sea tan resistente o tan ligero como sea necesario para la tarea específica.

Muchos usuarios de BigRep informan que la aplicación inicial para la que adquirieron la impresora ni siquiera es para lo que más la usan. Cuando obtiene una impresora 3D, es imposible predecir para qué se utilizará. Lars señala una situación en la planta en la que la gerencia quería una solución para cubrir grandes bloques de cemento en el piso de la fábrica, pero no querían pagar por piezas moldeadas por inyección. Con BigRep, era fácil y asequible imprimir cubiertas personalizadas con TPU flexible. Y ver que la solución se materializaba tan rápidamente ayudó a los trabajadores de la planta a disfrutar de una nueva mentalidad para la resolución de problemas en el lugar. Lars dice que inicialmente compraron un BigRep sin una aplicación específica, pero rápidamente compraron más cuando el primero estaba funcionando 24/7 durante semanas.

Otra aplicación de AM a la que apunta Lars son las maquetas, que permiten a los trabajadores y diseñadores probar equipos de la planta como pinzas y soportes en piezas que todavía no tienen. Para estas pruebas, solo se necesita la geometría de la pieza; no necesita ser funcional en absoluto. Las maquetas son necesarias cuando una pieza aún se está desarrollando al mismo tiempo que la instalación de la planta de fabricación, así como para componentes que interactúan con muchas piezas diferentes y necesitan muchas iteraciones. Es mucho más barato proporcionar maquetas a los ingenieros en todos los diferentes departamentos que están desarrollando piezas que interactuarán con el componente que darles a todos un componente funcional. Otras veces, las maquetas se utilizan cuando es muy difícil enviar un componente, como un prototipo de batería.

Frank Marangell, director comercial de BigRep, proporciona algunos detalles sobre sus máquinas. Explica que su centro de innovación NOWLAB está investigando constantemente nuevas aplicaciones AM, como su neumático sin aire.

Las cuatro aplicaciones automotrices principales para las que los clientes de BigRep usan sus máquinas incluyen prototipos, herramientas, patrones / moldes / fundición y piezas de uso final. Se proporciona un gráfico agradable de los materiales disponibles que muestra el costo y el rendimiento de diferentes termoplásticos, desde el ABS estándar hasta el PEKK de alto rendimiento.

El BigRep One original es más grande que el Studio más nuevo pero no está cerrado, por lo que no puede manejar tantos materiales. Para los usuarios que necesitan tamaño y rendimiento, desarrollaron la Pro que cuenta con nuevos cabezales de herramientas MXT (Tecnología de extrusión de medición) para obtener más materiales e impresiones que son más precisas, repetibles y de cinco a diez veces más rápidas. Un controlador CNC de Bosch mide más de 500 puntos de datos por segundo y ajusta automáticamente el movimiento para permanecer dentro de las tolerancias determinadas por impresiones anteriores. La próxima Edge está diseñada para las industrias automotriz y aeroespacial, ya que presenta un volumen de construcción extralargo que se puede calentar a 200 ° C e imprimirá de 10 a 20 veces más rápido que las impresoras de la competencia.

Para aquellos en la industria automotriz que quieran unirse a la diversión AM, Lars advierte que la mejor manera de convencer a la gerencia de comprar una impresora de gran formato es comprar una impresora pequeña y mostrarles todas las soluciones que se les ocurran.

Zortrax acaba de presentar su impresora Endureal para la fabricación de polímeros de alto rendimiento. La compañía tiene la intención de que Endureal actúe como una impresora 3D industrial de precio competitivo que puede imprimir a altas temperaturas durante largos períodos de tiempo. La impresora hará su primera aparición en la feria TCT esta semana del 24 al 26.

Hasta el momento, esta es también la máquina más grande de la compañía, con un volumen de construcción de 400 x 300 x 300 mm. Cuenta con un sistema de respuesta a apagones que puede memorizar la posición exacta del cabezal de impresión y reanudar la impresión desde ese mismo lugar en caso de interrupciones. También ofrece sensores de detección de agotamiento de filamento y prevención de sobrecalentamiento para piezas como la extrusora o los ventiladores, lo que permite que Endureal realice trabajos de impresión grandes y prolongados sin temor a fallas críticas en el flujo de trabajo.

El Endureal está diseñado para trabajar en aplicaciones industriales donde el costo de falla suele ser muy alto. Karolina Bołądź, miembro de la junta

Polímeros de alto rendimiento

Entre la gama de polímeros de alto rendimiento de Endureal se encuentra el PEEK, que permite algunas aplicaciones industriales en una amplia gama de industrias. Imprime estos materiales con el uso de una cámara de construcción cerrada y con temperatura controlada que puede alcanzar los 200 ° Celsius. Además, el Endureal tiene zonas blindadas térmicamente para mantener todos los componentes en un calentamiento óptimo, de modo que incluso cuando la cámara está a la temperatura máxima, la extrusora y los cables de filamento se mantienen alrededor de 50 ° Celsius.

» Teniendo en cuenta el creciente interés en PEEK tanto en la industria como en el mundo académico, creemos que la capacidad de impresión de PEEK es muy crucial para hacer que una impresora 3D industrial esté preparada para el futuro «, dijo Bołądź. “ Los polímeros con los que Endureal es compatible, como el PEEK, tienen excelentes propiedades mecánicas y térmicas. Son comparables al aluminio pero mucho más ligeros «.

En particular, Zortrax destaca la capacidad de Endureal para imprimir PEEK con estructuras de soporte solubles. Diseñaron estos materiales de soporte solubles para trabajar específicamente a temperaturas muy altas necesarias para PEEK, lo que permite a la impresora producir todo tipo de formas para objetos. Por lo tanto, la impresora podría ser ideal para aplicaciones automotrices, aeroespaciales y médicas debido a la alta resistencia al calor y química y la durabilidad que ofrecen estos materiales.

Imagen y video destacados cortesía de Zortrax.

A medida que la impresión 3D se desplaza cada vez más hacia las aplicaciones de producción , las empresas están trabajando duro para verificar que los materiales estén a la altura de la tarea. La impresión 3D rápida de geometrías complejas no sirve de nada si las piezas se desmoronan bajo la carga prevista. Hay varios esfuerzos en curso para desarrollar y certificar materiales de impresión 3D para aplicaciones industriales y uno de ellos es liderado por Varroc Lighting Systems (VLS), un proveedor de ensambles de iluminación para empresas automotrices.

VLS ha estado desarrollando constantemente sus capacidades de AM durante los últimos años y parte de su trabajo es verificar la viabilidad. Dylan Schickel, líder de innovación en VLS, realizó recientemente una entrevista con AdditiveManufacture.media para explicar algunas de sus pruebas recientes relacionadas con los sujetadores. “Históricamente, las personas que utilizan procesos rápidos de creación de prototipos pueden pegar piezas. A veces, con sujetadores realmente grandes, pueden imprimir algunos hilos. Es posible que utilicen inserciones de latón ”, dijo Schickel. Los insertos de latón funcionan muy bien, pero no se escalan bien para la producción en masa en lo que respecta al costo y la mano de obra, teniendo que comprar un inserto por cada tornillo y pagar a alguien para que los coloque.

Hicimos una especie de técnica detallada que conocemos por nuestra experiencia en moldeo por inyección en la que colocaremos el sujetador con una herramienta de torque controlado. Graficaremos la curva para comprender cómo funciona, comprender cómo se enrosca, cuál es el par de retención, cuál es el par de desforre y repasaremos todo ese trabajo de detalle. Y desde el trabajo inicial, parece que los tornillos autorroscantes funcionaron bien. Dylan Schickel, líder de innovación en VLS

Tornillos autorroscantes en piezas impresas en 3D

En el mundo de la fabricación, se confía mucho en los tornillos autorroscantes porque agilizan los pasos de fabricación y montaje, ya que los orificios roscados se vuelven innecesarios. Así que organizaron un experimento para determinar si los tornillos autorroscantes funcionarían con piezas impresas en 3D.

Fueron un paso más allá y adquirieron algunas piezas epoxi EPX 82 de Carbon y algunas piezas de nailon PA12-GB de HP con agujeros en varios diámetros para crear algunas pautas de diseño estandarizadas para tornillos autorroscantes. Schickel explica: «Probamos varias réplicas para poder obtener un tamaño de muestra estadístico y poder comprender cuál es la ventana de proceso y cuál es la ventana de diseño para colocar tornillos autorroscantes».

Lo sorprendente es que los orificios impresos en 3D en realidad superaron a los orificios moldeados por inyección.

“Lo que sucede en el molde de inyección es que el saliente, que es esencialmente un cilindro hueco, está formado por una parte del molde llamada pasador central. Cuando el plástico derretido fluye a su alrededor en el lado opuesto, el derretimiento se une. Obtenemos lo que se llama línea de punto y esa línea de punto puede ser un punto débil. Pero resulta que, con los patrones impresos, no hay línea de punto. Según los fundamentos del proceso, los estamos construyendo en capas y probamos la dirección Z, probamos la dirección X, no importaba. Descubrimos que con estos procesos, las propiedades del material eran en cierto modo un poco más isotópicas que incluso las piezas moldeadas por inyección «.

Estas pautas de diseño eventualmente se expandirán para incluir otros tipos de orificios, chaflanes y filetes, y otras características de diseño, y con el tiempo se incorporarán a los cursos de ingeniería y modelado.