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Wohlers Associates , una firma consultora de impresión 3D en Fort Collins, Colorado, que ha brindado asesoramiento técnico, estratégico y de mercado a los profesionales de AM durante más de 30 años, publicó recientemente el Informe Wohlers 2020, la vigésimo cuarta edición consecutiva del informe anual. En él, se utilizó información detallada de 127 proveedores de servicios de impresión 3D de todo el mundo para determinar que aproximadamente el 26% del costo de una pieza está relacionado con el posprocesamiento, como la eliminación de material de soporte.

Diseñar para el éxito

El costo y el tiempo necesarios para imprimir una pieza están determinados en gran medida por la masa y la forma, pero cuando se consideran los pilares de soporte, la orientación también puede afectar en gran medida la masa impresa. La misma pieza podría requerir un 20% menos de material al voltearla de lado debido a la geometría de los voladizos. Sin embargo, el diseño de una pieza es cuando finalmente se determina su forma, lo que significa que los diseñadores tienen el mayor control sobre el costo de una pieza. Como tal, los diseñadores deben estar íntimamente familiarizados con el funcionamiento de la tecnología de impresión 3D específica que utilizarán para hacer su parte. Cualquiera que haya diseñado piezas que se iban a imprimir en una máquina FDM le dirá que nunca diseñará una pieza de tal manera que experimente tensión en el eje Z, ya que ese es el eje más débil de cualquier impresión FDM debido a la naturaleza unión de capas. Por ejemplo, una llave impresa en la dirección vertical seguramente se rompería con el uso, pero una llave impresa plana en la cama será increíblemente fuerte.

Del mismo modo, quienes diseñan piezas impresas en 3D para máquinas FDM siempre están pensando en voladizos que necesitarán pilares de soporte, específicamente, cómo evitarlos. A veces, agregar un borde en ángulo debajo de un voladizo es suficiente para eliminar la necesidad de soportes. Un arco también es significativamente más fácil de imprimir que un puente plano en dos puntos. Pero cuando una pieza se diseña sin tener en cuenta la impresión 3D, la impresión termina costando más y requiere más posprocesamiento. Por lo tanto, es importante que los diseñadores conozcan las mejores prácticas de diseño para impresión 3D.

Educar para el futuro

El impacto económico del diseño en las piezas impresas en 3D es significativo y actualmente hay una escasez de experiencia en la mano de obra en AM, por lo que Wohlers está ampliando su programa de formación práctica DfAM ( Diseño para fabricación aditiva ) con dos cursos adicionales. Uno será en Austin, Texas del 14 al 16 de agosto de 2020 en relación con el 30 ° Simposio anual de fabricación de formas libres sólidas y el otro será un curso Design at Elevation DfAM en Frisco, Colorado, del 11 al 13 de septiembre. Los participantes aprenderán técnicas de diseño para mejorar la economía y el rendimiento de sus piezas impresas en 3D.

No es raro escuchar el estribillo de que la impresión 3D, tal como está hoy, depende demasiado de materiales basados en fósiles. Aún así, existe un impulso masivo por materiales con más biodegradabilidad y una menor huella de carbono. Aunque muchos proyectos de investigación han empleado materiales verdes como el cáñamo o la turba , el papel y la madera han escaseado. Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers de Suecia están buscando abordar este problema utilizando tintas sostenibles de nanocelulosa y madera.

Los investigadores han logrado imitar la «ultraestructura» de la madera , obteniendo así biopolímeros de madera. Estos materiales a base de madera no solo pasan a través de la extrusora, también crecen en forma. Como afirman los investigadores en abstracto, las “ estructuras impresas fueron bloqueadas por una reacción de reticulación enzimática similar a la que ocurre en la pared celular tras la lignificación ”.

Como resultado, la tinta a base de madera imita la biogénesis de la tinta real. El proceso también reemplaza el genoma de la madera con código G. Esta mezcla de máquinas y materiales biocompatibles crea una fusión de diseño y crecimiento natural. Si bien el proceso se basa en gran medida en modelos impresos, también se basa en las enzimas naturales del gel de nanocelulosa.

Los materiales provienen de la madera, pero no se cultivan en su totalidad. Esto también significa que los productos a base de madera podrían crecer más rápido que el tiempo necesario para la madera estándar. También podrían adaptarse a formas para crear envases y cajas si fuera necesario. Este tipo de tecnología podría frenar severamente el uso de plásticos estándar con la implementación correcta.

Desarrollo de geles de nanocelulosa

“ Este es un gran avance en la tecnología de fabricación. Nos permite ir más allá de los límites de la naturaleza para crear nuevos productos ecológicos y sostenibles. Significa que aquellos productos que hoy en día ya están basados en el bosque ahora se pueden imprimir en 3D, en un tiempo mucho más corto. Y los metales y plásticos que se utilizan actualmente en la impresión 3D se pueden reemplazar con una alternativa renovable y sostenible ”, dice el profesor Paul Gatenholm, quien ha dirigido esta investigación a través del Centro de Ciencias de la Madera Wallenberg en Chalmers.

Los materiales procedían originalmente de pulpa de madera. Los investigadores convirtieron la pulpa en un gel de nanocelulosa y así pudieron imprimirla. Luego tradujeron el código genético de la madera a un código G para un control predictivo adecuado. Sin embargo, el gel todavía era menos cohesivo de lo que deseaban, por lo que aún necesitaba algunos ajustes. Luego agregaron hemicelulosa para que actúe como una especie de pegamento para las capas.

El proceso ya se ha sometido a pruebas exhaustivas. Los investigadores lo demostraron en un taller en la Agencia Espacial Europea, ESA. También están trabajando con Florida Tech y la NASA en el desarrollo de pruebas para estos materiales en situaciones de microgravedad. Con suerte, los productos ecológicos conducirán a una forma de vida más sostenible en un futuro próximo.

Imagen destacada cortesía de Yen Strandqvist, Chalmers University.

La start-up austriaca PrintStones acaba de revelar su último diseño para la construcción automatizada en la fabricación aditiva. Su impresora de hormigón móvil imprime de forma autónoma varias construcciones en diferentes colores y texturas en movimiento. Como resultado, puede reducir drásticamente los costos de instalación y la necesidad de mano de obra, proporcionando opciones de construcción avanzadas, particularmente para componentes sometidos a presión en el segmento de ingeniería civil.

Originalmente un derivado de la Universidad Tecnológica de Viena, PrintStones tiene como objetivo » transformar el futuro de la construcción » . La compañía está buscando conceptos para avanzar en el estado de la arquitectura y la construcción con un enfoque en el desarrollo de procesos de impresión 3D para concreto y otros materiales cementosos. Han ganado algo de atención considerando que reciben financiamiento y financiamiento PreSeed de BMWFW / BMVIT. PrintStones X1 beta es el resultado de los esfuerzos de las empresas.

La idea de la impresora surgió originalmente del desarrollo de herramientas de simulación para el análisis de tensión y deformación. Según la empresa, el desafío principal fue “ en la optimización de los parámetros del sistema, ya que es una interacción de los componentes de la máquina, las condiciones ambientales, los materiales y los modelos 3D ”.

Impresión de construcción automatizada

A diferencia de otras impresoras 3D de construcción, la impresora de hormigón móvil PrintStones funciona en movimiento gracias a las huellas de los neumáticos. Es similar al concepto de construcción de Cazza para un robot de construcción. Sin embargo, las máquinas de PrintStones aportan mucha más complejidad con una selección más amplia de colores y texturas. También emplea un cabezal de impresión XYZ móvil en un mecanismo de brazo robótico. Los neumáticos también albergan una estructura de cubo gigante que procesa el hormigón, ejecuta el modelo 3D y opera el movimiento del brazo y las ruedas.

Si bien la impresora es ideal para la construcción de estructuras de hormigón tradicionales, también podría usarse para colocar pavimentos. Actualmente, funciona a velocidades de impresión de unos 15 centímetros por segundo, aunque parece que PrintStones está buscando mejorar esto en versiones posteriores.

La impresora de hormigón móvil PrintStones podría revolucionar la construcción y la renovación de carreteras. La compañía ha demostrado que el concepto funciona abiertamente, por lo que es solo cuestión de tiempo antes de que prueben cómo funciona una flota de tales dispositivos en conjunto para trabajos de impresión de construcción.

Imagen y video destacados cortesía de PrintStones.

La tecnología de CRP acaba de desarrollar piezas para demostradores aeroelásticos de túnel de viento en colaboración con el Departamento de Ciencia y Tecnología Aeroespacial del Politecnico di Milano (PoliMi). Como parte de los proyectos Aeroelastic Flutter Suppression (AFS) y GLAMOUR, utilizaron mucho la impresión SLS 3D . Ambos proyectos requirieron componentes aeroespaciales altamente técnicos, lo que demuestra la eficiencia de la experiencia en impresión 3D de CRP.

Como herramienta de demostración, las empresas desarrollaron una representación de una sección de punta de ala de avión real. Tenía que funcionar como si fuera real y, al mismo tiempo, ser significativamente más barato y maleable. El propósito final de las partes aerodinámicas era corregir y mejorar la forma externa del ala, al mismo tiempo que se transfieren las cargas aerodinámicas a la estructura interna.

Como resultado, CRP desarrolló los segmentos aerodinámicos externos de los dos demostradores de túnel de viento para ambos proyectos utilizando SLS y un compuesto de carbono Windform XT 2.0 y, de su gama de materiales compuestos para LS, el Windform TOP-LINE. También aplicaron Windform XT 2.0 para la cola horizontal del demostrador de túnel de viento para el proyecto AFS.

Ambos proyectos tienen propósitos distintos y existen para realizar diversas pruebas técnicas. El proyecto AFS, bajo PoliMi y la Universidad de Washington, prueba diferentes tecnologías de sistemas de control activo con el objetivo de lograr la Supresión Activa del Flutter. Del mismo modo, el proyecto GLAMOUR se centra en la optimización tecnológica y la validación experimental de los sistemas de control de alivio de la carga de ráfagas (GLA) para una aeronave regional ecológica avanzada para la división de aeronaves Leonardo.

Impresión de componentes aeroespaciales y de túnel de viento

Aunque la impresión 3D de piezas aeroespaciales es común ahora, SLS supuso un cambio de ritmo para el proceso de fabricación. Anteriormente, las secciones de las alas eran el resultado de la laminación en seco de tejidos de fibra de carbono o vidrio. Este método utilizó bloques de poliestireno envueltos cortados para adaptarse a la forma del ala. Como se puede imaginar, este proceso tomó más tiempo, por lo que SLS es un paso adelante. Incluso más allá del consumo de tiempo, el proceso resultó en acabados superficiales de baja calidad. Esto cambió con AFS y el proyecto GLAMOUR.

CRP y PoliMi tenían una tarea difícil, equilibrar piezas que eran livianas pero rígidas con capas delgadas. Dado que las piezas están sujetas a condiciones de viento intenso, el acabado de su superficie es crucial para sus capacidades aerodinámicas.

Para el proyecto AFS, el material compuesto Windform XT 2.0 y la sinterización por láser permitieron diseños de secciones de ala únicos. Esto se redujo a las conexiones al larguero principal y las bisagras y los controladores eléctricos. Del mismo modo, el proyecto GLAMOUR también utilizó Windform XT 2.0, lo que permite la combinación de los objetivos de frecuencia de vibración junto con las restricciones de masa forzadas.

Imagen destacada cortesía de GLAMOUR y AFS Projects.