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Investigadores de la Universidad de Yale acaban de demostrar un nuevo medio de impresión 3D de metal utilizando filamentos de vidrio metálico. La tecnología proporciona un medio para producir metal mediante procesos similares a la extrusión . A pesar de ser de metal, los BMG (vidrios metálicos a granel) se vuelven mucho más suaves al calentarse, lo que permite una deposición más fácil, similar a la de los termoplásticos.

Dado que las BMG tienen una región líquida súper enfriada en su perfil termodinámico, pueden alcanzar tal estado. Aprovechando estas características, los investigadores generan componentes metálicos sólidos y de alta resistencia en condiciones similares a las de FFF / FDM. Al igual que los termoplásticos tradicionales, estos materiales presentan límites elásticos y de alta resistencia.

“ Hemos demostrado teóricamente en este trabajo que podemos utilizar una gama de otros vidrios metálicos a granel y estamos trabajando para hacer que el proceso sea más práctico y utilizable comercialmente para hacer que la impresión 3D de metales sea tan fácil y práctica como la impresión 3D de termoplásticos , ”Dijo el profesor Jan Schroers, que también estaba trabajando con Desktop Metal para este proyecto.

Beneficios de los filamentos de vidrio metálico

Las varillas de filamento de vidrio metálico también exhiben alta tenacidad a la fractura y alta resistencia a la corrosión. Esto los hace ideales para la producción industrial en los campos médico o aeroespacial. Los investigadores probaron filamentos de vidrio metálico que consisten en circonio, titanio, cobre, níquel y berilio. Esta fórmula de aleación (Zr44Ti11Cu10Ni10Be25) es una BMG bastante común.

El equipo empleó varillas amorfas de 1 mm de diámetro y 700 mm de longitud. La temperatura de extrusión fue de 460 ° C con una fuerza de extrusión de 10 a 1000 Newtons para moldear las fibras ablandadas y presionarlas a través de una boquilla de 0,5 mm de diámetro. Las fibras están entonces listas para extruirse en una malla de acero inoxidable a 400 ° C donde la cristalización se demora hasta el período de un día completo, después de lo cual un proceso de extrusión controlado robóticamente crea el objeto deseado.

El profesor Schroers añadió: “ Para poder utilizar ampliamente la impresión 3D de BMG, se debe disponer de materia prima de BMG práctica disponible para una amplia gama de BMG. Para utilizar comercialmente la fabricación de filamentos fundidos, la unión capa a capa tiene que ser más confiable y consistente «.

Imagen destacada cortesía de los autores del estudio.

Un proyecto de investigación conjunto acaba de revelar las capacidades del filamento de impresora PEEK 3D eléctricamente conductor. Los investigadores produjeron el material agregando nanotubos de carbono y nanoplacas de grafito, incorporando conductividad eléctrica basada en carbono en lugar de metal. El filamento representa un gran paso adelante, abriendo nuevas vías en la creación de estructuras funcionales complejas.

La investigación fue un proyecto conjunto entre la Universidad de Minho en Portugal, el Instituto Leibniz de Investigación de Polímeros de Dresde y el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial con sede en los Países Bajos. El artículo que publicaron analiza la producción de filamentos PEEK eléctricamente conductores de 1,75 mm mediante el uso de métodos de extrusión plastificante y de composición por fusión.

Las nanopartículas de grafito mejoraron las propiedades de fusión del PEEK, mantuvieron la conductividad eléctrica en el nivel objetivo y redujeron el coeficiente de fricción hasta en un 60%. Las pruebas de impresión mostraron una resistencia máxima a la tracción comparable a la de los filamentos, pero una menor deformación a la rotura y conductividad eléctrica. Esto se debió a grandes vacíos en la pieza, que se pueden resolver mediante la optimización de los parámetros de impresión 3D.

Termoplástico eléctricamente conductor

El equipo empleó el uso de materiales PEEK de Victrex, una empresa especializada en termoplásticos de alto rendimiento y alta temperatura. Usaron gránulos de PEEK y los fundieron agregando los nanotubos de carbono de paredes múltiples y el grafito. Luego, volvieron a peletizar esta construcción y la transformaron en filamentos imprimibles de 1,75 mm.

La investigación anterior sobre nanotubos de carbono también jugó un papel en el avance hacia una solución conductora de electricidad. Las investigaciones sobre la morfología de los nanotubos de carbono entre nanoplacas de grafeno para formar puentes desarrollaron filamentos con buenas propiedades. Sin embargo, estos tenían una red eléctrica mucho menos eficaz. Por lo tanto, el equipo decidió preparar nanocompuestos híbridos / ternarios de PEEK / CNT / GnP con diferentes composiciones, mediante mezcla en fusión, y medir su conductividad eléctrica.

Los investigadores extruyeron nanocompuestos seleccionados en los filamentos. Estos filamentos se convirtieron en la base para la fabricación de barras de tracción utilizando una impresora 3D comercial. Sin embargo, vale la pena señalar que cada paso del procesamiento produjo compuestos con menor conductividad eléctrica. Sin embargo, todavía mantuvieron un nivel suficiente de conductividad (10 S / m) al final. La Agencia Europea de Investigación probó estos filamentos en su programa de satélites.

Imagen destacada cortesía de los coautores del estudio. El estudio completo está disponible aquí .

HP ha estado activo en la industria de la impresión 3D durante un tiempo, mostrando varias impresoras 3D de plástico con tecnología Multi Jet Fusion . Sin embargo, ahora han hecho un nuevo avance y esta vez es con la impresión en metal. Su versión de la tecnología de inyección de aglutinante se llama ‘ inyección de metal’ y está destinada a la producción de grandes volúmenes de piezas metálicas con altos niveles de productividad con menores costos.

HP afirma que es más eficiente que otros tipos de impresión 3D de metal en aproximadamente 50 veces, mientras que es más barata que sus contrapartes del sistema de inyección de aglutinante. Metal Jetting puede imprimir con una resolución horizontal de 4 a 7 micrones y espesores de capa de 25 a 40 micrones.

Según estimaciones, el sistema Metal Jetting tendrá un precio de unos 399.000 euroes. El volumen de construcción actual de la impresora 3D HP Metal Jet es de 430 x 320 x 200 mm. HP también está lanzando un servicio de impresión 3D de metal para pedir piezas en línea, a partir de 2020.

Metal Jet frente a otras tecnologías

Muchos comentaristas lo están comparando con Metal Jet Fusion, ya que tienen un montón de similitudes. Tanto Metal Jet como Metal Jet Fusion emplean el uso de aglutinantes, sin embargo, el proceso es muy diferente. Mientras MJF deposita la tinta aglutinante sobre un polvo plástico, Metal Jetting un aglutinante sobre polvos metálicos. MJF se basa en lámparas de calentamiento para fusionar el material dentro de la impresora, mientras que las piezas de Metal Jet son verdes y deben sinterizarse en un horno de moldeo por inyección de metal estándar de la industria.

La adición del horno de sinterización hace que el proceso recuerde mucho a Desktop Metal o la tecnología de impresión de metales de Markforged. El proceso de ExOne es probablemente el más cercano a Metal Jetting, una tecnología que también deja las piezas verdes antes de la sinterización. HP demostró que la nueva tecnología es competitiva en costos en porciones de 50,000 piezas o menos, alcanzando el punto de equilibrio en esos números en comparación con el moldeo por inyección de metal.

MIM se basa en aglutinantes como el polietileno, que son aproximadamente el 40 por ciento de la parte verde. Metal Jet, por otro lado, solo deposita una pequeña cantidad de aglutinante. Las piezas MIM deben quemar todo el aglutinante en el horno, limitando el tamaño final de los objetos. Sin embargo, con la tecnología Metal Jet, HP ha podido lograr piezas con espesores de pared de hasta 1 pulgada y afirman que esto es solo el comienzo, diciendo que puede que no haya un límite superior en el espesor de la pared, por lo que el tamaño máximo real de las impresiones todavía está en el aire.

Para llevar Metal Jet al mercado, HP está trabajando con GKN y Parmatech, dos importantes proveedores industriales. GKN es principalmente un desarrollador de piezas para clientes en el campo automotriz, mientras que Parmatech se enfoca en aplicaciones médicas. Ambas empresas podrían desempeñar un papel en la distribución de la tecnología a su gran stock de clientes industriales. Además, Volkswagen y Wilo ya han realizado un pedido de dispositivos de inyección de metal. Parece que Metal Jetting tendrá un futuro brillante considerando toda la notoriedad que está obteniendo con estas empresas de renombre.

Imagen destacada cortesía de HP Inc.

El fabricante alemán de impresoras 3D industriales EOS acaba de presentar la última incorporación a uno de sus modelos insignia. La impresora M 300-4 DMLS hizo su debut en el Salón Internacional de Tecnología de Fabricación de 2020, y la empresa promocionó su gran aumento de productividad con respecto a la M 290. Al igual que las otras máquinas de la serie M 300, utiliza un sistema de dosificación de polvo y láser .

La EOS M 300-4 es el sistema de cuatro láser del grupo. Tiene una capacidad de construcción de 300 x 300 x 400 mm. y es una plataforma modular. Ofrece a los clientes una gran flexibilidad en los requisitos del entorno de fabricación y automatización. La empresa afirma que ofrece dos modos diferentes de dosificación. “ Dosificación ascendente para independizarse de la distribución del tamaño de partículas de los materiales ” y “ dosificación superior automatizada para permitir una solución de circuito cerrado. »

También es compatible con los módulos compartidos EOS, lo que facilita la configuración, el desembalaje de la plataforma de impresión, el transporte de componentes y el tamizado. La idea detrás de esto es ayudar a los usuarios y proporcionar un alto grado de flexibilidad y automatización para la producción. De este modo, la máquina puede cambiar entre diferentes módulos compartidos para mayor versatilidad. Los módulos permiten soluciones de desembalaje manual o soluciones automatizadas, entre muchas otras. EOS lanzó la idea del módulo compartido con Daimler y Premium AEROTEC.

Serie EOS M 300

Los precios de los distintos sistemas EOS M 300 pueden oscilar entre 700.000 euros (812.522 euroes) y 1,6 millones de euros (1,86 millones de euroes) para las soluciones automatizadas más altas. Como se mencionó anteriormente, cada dispositivo de la serie utiliza un número variable de láseres, correspondiente al número que figura en su nombre. Los láseres pueden funcionar con una potencia de 400 a 1000, según la solución. También son compatibles con el software de gestión de procesos EOSPRINT 2 y la plataforma de monitorización en tiempo real EOSTATE.

La empresa afirma que “ el sistema ofrece la más alta conectividad de grado industrial con información en tiempo real y conexión de software CAD (por ejemplo, Siemens NX e interfaces como OPC UA). »

Pankl Racing Systems AG ya se ha registrado como uno de los primeros clientes de la nueva línea. Stefan Seidel, CTO de Pankl afirma: “ Estamos muy contentos de poder utilizar el último sistema EOS […] La plataforma impresiona por su máxima productividad, calidad y precisión, así como por su potencial de automatización. Así, el sistema encaja perfectamente en nuestro enfoque de la fábrica automatizada y es clave para cumplir con los altos requisitos de nuestros clientes […] en el sector de la automoción. »

Imagen destacada cortesía de EOS.

Carbodeon, con sede en Helsinki, ha demostrado anteriormente cómo la presencia de nanodiamantes dentro del filamento termoplástico puede mejorar la conductividad térmica y la resistencia a la tracción, entre otras propiedades. Ahora, están de regreso con un nuevo filamento de impresora 3D uDiamond con la ayuda de VTT, quien ayudó a probar y desarrollar las propiedades de los nanodiamantes.

Los nanodiamantes son insertos esféricos que actúan como lubricante en el proceso de extrusión. No aumentan el desgaste de la boquilla y mejoran aún más diversas características del material. Las partículas de diamante también refuerzan la estructura del polímero, mejorando la rigidez, la resistencia y la adherencia entre las capas impresas. Carbodeon tiene una amplia cobertura de patentes para los materiales de nanodiamantes que fabrica junto con productos refinados mejorados con nanodiamantes.

UDiamond PLA de Carbodeon es un filamento mejorado con diamante de alto rendimiento que incluso funciona con impresoras de consumo. Contiene partículas de nanodiamantes funcionalizadas. La conductividad térmica en uDiamond permite velocidades de impresión de hasta 500 mm / s. El filamento es para impresoras 3D FDM / FFF profesionales y de consumo. La temperatura de impresión recomendada es 220 ° C – 250 ° C (dependiendo de la velocidad de impresión) que puede ser de 50-500 mm / seg. De manera similar, las temperaturas del lecho deben oscilar entre 0 ° C y 50 ° C.

El trabajo de VTT con el filamento uDiamond

“ Este es el primer producto de una familia que se venderá como filamento 3D terminado y también en formato granular. VTT ha sido un socio confiable a largo plazo en este desarrollo, y ha reaccionado a nuestras necesidades rápidamente ”, dijo Vesa Myllymäki, CEO de Carbodeon.

VTT ayudó a desarrollar métodos para dispersar uniformemente los nanodiamantes en PLA para optimizar mejor el filamento específicamente para la impresión. Las nanopartículas de diamante dentro de uDiamond tienen un diámetro de 4-6 mm. Ayudan a mejorar la conductividad térmica que, a su vez, mejora la suavidad de la impresión y el procesamiento. Polymer Pilot de VTT produjo el lote de material original de 600 kg, que Carbodeon había refinado en un producto comercial.

“ Utilizando nuestros dispositivos químicos piloto, en VTT producimos el material nanodispersado necesario para el procesamiento de la masa fundida y, por lo tanto , apoyamos la creación de un nuevo producto ”, dice Jarmo Ropponen, líder del equipo de investigación de los pilotos químicos de VTT.

Los nanodiamantes mejoran significativamente el rendimiento del material a bajo costo a pesar de que estén presentes cantidades tan pequeñas. VTT afirma que las pruebas preliminares mostraron que el módulo de las piezas de prueba impresas en 3D mejoró en más de un 200% en comparación con el filamento PLA estándar del mercado.

Imagen destacada cortesía de VTT.