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La pandemia de Covid ha mostrado un aumento en la producción tanto de los entusiastas de la impresión 3D en el hogar como de los organismos industriales. Sin embargo, muchos diseños en línea adolecen de una característica común … su impresión demora varias horas.

Un ingeniero de GE ha encontrado una posible solución al eliminar la idea de lo que se necesita en el diseño de una máscara para imprimir un diseño que se pueda fabricar en solo 15 minutos.

Mark Fuller, de GE Additive, normalmente pasa sus días de trabajo diseñando componentes impresos en 3D para diversas industrias, incluida la aviación, el espacio y la automoción.

Recientemente, se ha inspirado en eventos globales recientes para intentar aplicar sus conocimientos para ayudar en la lucha contra el coronavirus. Y hasta ahora su diseño minimalista se ha ganado la aprobación de algunos grandes jugadores, incluida la Marina de los EE. UU.

Echemos un vistazo al diseño con un poco más de detalle.

Fuller parece haber llegado a la conclusión de que los elementos básicos de una máscara típica son: el sello facial, alguna estructura, la unidad de filtro y algo para colocarla detrás de las orejas.

Parece que gran parte de la estructura de una máscara de filtro típica es redundante, si la solución de Fuller es algo que se puede seguir. Como puede ver en la imagen a continuación, la estructura impresa en 3D tiene múltiples propósitos mientras elimina gran parte de la estructura de los diseños tradicionales.

El marco, que cuesta solo 9 centavos en materiales, está diseñado para aceptar cualquier tela que pueda usarse como filtro. La eficiencia de la filtración variará naturalmente según la selección del material.

Las bandas de goma (o cuerdas) sostienen el marco contra la cara del usuario y mantienen la tela en su lugar.

Debido a la sencillez del diseño, se puede fabricar con multitud de procesos.

“Lo diseñé de manera que se pueda tomar la misma geometría del núcleo e ir a moldearlos por inyección o ir a cortarlos con láser”, dijo Fuller. «Las máquinas que no se utilizan actualmente para la producción pueden utilizarse para ayudar a salvar vidas».

Si bien no es capaz de los niveles de protección N95, los Institutos Nacionales de Salud han considerado las máscaras como «adecuadas para uso comunitario contra el coronavirus» y la Marina de los EE. UU. También ha encontrado valor en los artículos de fabricación rápida.

Junto con GE, los marineros e infantes de marina han ayudado a producir decenas de miles de máscaras solo en abril. La Marina ha encontrado los resultados más preferibles utilizando un trozo de tela como filtro, combinado con 4 bandas elásticas.

«El diseño de la mascarilla de GE nos brinda una forma de proporcionar de inmediato equipo de protección a nuestros marineros e infantes de marina en cualquier lugar donde haya una impresora 3D disponible, incluso a bordo de nuestros barcos y submarinos, así como con nuestras fuerzas expedicionarias», dijo Liz McMichael, fabricación aditiva integrada líder del equipo del programa para la Marina de los EE. UU.

“Fue fantástico tener un diseño que nos brindó la oportunidad de responder rápidamente a esta necesidad urgente de la flota”.

Fuller ha publicado sus diseños originales en línea y, desde entonces, la comunidad de creadores ha ofrecido comentarios y ha creado sus propios diseños modificados.

Puedes ver una de esas evoluciones en la imagen de abajo. Esta variante, llamada » HensNest » fue diseñada por la Universidad de Delaware y cuenta con una tira de plástico adicional para crear una forma estructural para la tela. Este diseño también tarda solo 10 minutos en imprimirse. Este ejemplo usa una hoja de filtro HEPA de un horno.

Instrucciones de montaje

Puede ver el video completo del ensamblaje de HensNest a continuación.

Entonces, aparentemente hay muchos clientes satisfechos con este tipo de diseño y, lo mejor de todo, es completamente de código abierto. Como si eso fuera a detener a alguien. ¡Es un diseño muy simple!

Entonces, ¿qué sigue para las máscaras impresas en 3D? Una mayor capacidad de filtración, un menor costo y una fabricación más rápida son los impulsores aquí y, por supuesto, la necesidad de proporcionar PPE a los líderes.

Así que veamos qué viene a continuación. Una cosa es segura, las industrias tradicionales de mascarillas y ventiladores tendrán que cambiar su forma de hacer negocios después de que todo esto termine. Las máscaras N95 ya son bastante baratas. ¿Alguien encontrará un método de fabricación mejor y más barato durante toda esta innovación centrada en las máscaras? Tal vez.

Créditos de imagen: GE Additive y University of Delaware

El fabricante de drones General Atomics Aeronautical Systems (GA-ASI) se ha asociado con GE Additive para desarrollar su primer componente impreso en metal. Todo el proceso, desde el desarrollo hasta el primer vuelo de prueba del componente, tomó solo seis meses.

La pieza en cuestión es una entrada NACA impresa en titanio Ti6Al4V y se instaló en un dron SkyGuardian, donde completó su primer vuelo de prueba en febrero de 2020.

La entrada se imprimió utilizando técnicas de fusión de lecho de polvo con láser y fue parte de un proyecto destinado a demostrar el rápido desarrollo y fabricación de un componente digno de vuelo en una línea de tiempo agresiva. Dado que el componente fue diseñado y volado en solo unos meses, podemos decir que la misión ha sido un éxito, dado el marco de tiempo tradicional de desarrollo y calificación de componentes aeroespaciales (que normalmente puede llevar muchos años).

“Sabemos de primera mano que la capacidad de asegurar la aceptación de múltiples partes interesadas multifuncionales es a menudo fundamental para el éxito de cualquier programa de aditivos metálicos dentro de una organización”, dijo Lauren Thompson, gerente de proyectos de operaciones de GE Additive AddWorks.

«Al agregar la experiencia y la perspectiva previas de GE a los esfuerzos de liderazgo interno de GA-ASI, el equipo conjunto pudo alcanzar el impulso del proyecto requerido para cumplir con su hito»

“La combinación de nuestra profunda experiencia en el dominio de aditivos metálicos y las mejores prácticas de nuestro propio viaje de aditivos con la igualmente profunda experiencia en el dominio de GA-ASI de sus aplicaciones RPA nos permitió movernos rápidamente y trabajar dentro de los plazos que habíamos establecido”.

Más piezas

Desde que se asoció con GE Additive, el equipo de GA-ASI AM ha identificado un conjunto de componentes adecuados para la fabricación de aditivos metálicos que podrían resultar económicamente beneficiosos si cambiaran de los métodos de fabricación tradicionales a AM.

La entrada NACA fue seleccionada como la primera pieza impresa en 3D para el programa SkyGuardian, probablemente debido a su geometría y falta de criticidad.

Entrada Redux

La entrada original se fabricó a partir de tres partes de titanio de chapa metálica soldada. La versión revisada se imprime de una sola pieza en una impresora 3D GE Additive Concept Laser M2, y ha resultado en una reducción de costos por pieza de más del 90%, una reducción de peso de más del 30% y una reducción de herramientas de aproximadamente el 85%. Reducir el recuento de piezas de esta manera también tiene beneficios adicionales que incluyen un inventario reducido, costos de ensamblaje reducidos y un tiempo de respuesta más rápido.

Los equipos de General Atomics están tan impresionados con estos avances de ingeniería que han comenzado a aplicar los flujos de trabajo de AM a las otras entradas NACA en la gama de productos y también han pedido una docena de máquinas GE Additive Concept Laser M2 3D serie 5.

«Con el equipo de GE Additive AddWorks, pudimos no solo lograr nuestro objetivo a corto plazo de calificar la entrada NACA, sino que también trabajamos juntos en una serie de esfuerzos adicionales de desarrollo y calificación de aplicaciones, que continuarán en 2020 y más allá». dijo Elie Yehezkel, vicepresidente senior de Tecnologías de Fabricación Avanzadas de GA-ASI.

“Es importante que nos mantengamos a la vanguardia de las tecnologías de fabricación para nuestros productos y nuestros clientes. Esta aceleración ha impulsado la maduración de nuestra estrategia de AM de metales y también ha informado cómo planeamos abordar un espacio de aplicación mucho más amplio que ya está en proceso «.

Imágenes y video cortesía de General Atomics

BigRep amplió recientemente su ya extensa cartera de materiales con la incorporación de ABS y ASA. Estos materiales son igualmente fuertes y resistentes al calor, por lo que combinan bien con el enfoque industrial y de ingeniería del resto de las ofertas de materiales de BigRep.

El fabricante de impresoras XL 3D BigRep también se ha movido inteligentemente al negocio de los materiales. El suministro de filamentos a los clientes no es solo otra fuente de ingresos para la empresa, sino también otra capa de control de calidad. Las impresoras BigRep tienen un ecosistema de material abierto, lo que significa que pueden imprimir cualquier marca de material. Eso es genial para sus clientes, pero algunos de ellos inevitablemente pasarán filamentos de baja calidad a través de la impresora, tendrán una mala experiencia de impresión y luego culparán a la impresora. Al ofrecer filamento de alta calidad a precios competitivos, BigRep puede reducir en gran medida la cantidad de clientes que utilizan filamentos deficientes en sus máquinas.

Los clientes de BigRep no solo imprimen piezas grandes, también imprimen piezas funcionales. Por eso BigRep ha respondido a las necesidades de sus clientes con materiales altamente funcionales. Nuestras revisiones de sus materiales demostraron que pueden producir piezas resistentes, piezas flexibles y piezas que pueden soportar el calor y la luz solar. ABS y ASA son materiales populares en todo el mundo de la fabricación por su resistencia y estabilidad en una amplia gama de entornos, por lo que tiene mucho sentido que BigRep los ofrezca.

El ABS tiene una resistencia superior al impacto, por lo que se encuentra comúnmente en aplicaciones automotrices. También es bueno en el calor, con una temperatura de deflexión del calor de 195 ° F. Y con una resistencia a la tracción de 30 MPa, es lo suficientemente resistente para muchas aplicaciones de uso final. El ABS imprime a una temperatura más alta que la mayoría de los materiales y se recomienda una cámara de construcción cerrada para evitar deformaciones, lo que hace que sea un poco más difícil de imprimir que algo como PLA.

ASA está experimentando un aumento en popularidad como alternativa al ABS con capacidad de impresión mejorada, ya que imprime a una temperatura más baja y es menos propenso a encogerse y deformarse. Su resistencia a la tracción es un 33% más alta a 40 MPa, y aunque es más baja, la temperatura de deflexión del calor sigue siendo un impresionante 186 ° F. Además, el ASA es resistente a los rayos UV, por lo que puede manejar el aire libre sin problemas. Esas características lo hacen ideal para aplicaciones de artículos deportivos y de automoción.

Ambos materiales están disponibles en blanco y negro y en bobinas que van desde 2,3 kg hasta 8 kg. Han sido diseñados para tener una excelente unión de capas y una mínima contracción, y mi propia experiencia con sus materiales demostró que ese es el caso. Estos materiales no estaban disponibles cuando estábamos revisando su selección, pero cruza los dedos para una segunda ronda.

Hay innumerables ejemplos de impresoras 3D capaces de imprimir uno o dos polímeros. Pero, ¿y si desea imprimir algo más que termoplásticos? ¿Qué tal una impresora 3D que puede imprimir materiales completamente diferentes como metales, polímeros y cerámica de una sola vez?

Puede combinar los elementos resistentes al calor de una cerámica mientras su pieza es conductora de la electricidad de la misma impresión. Suena como algo muy útil. Probablemente haya un ejemplo de eso en alguna parte.

Inyección de materiales múltiples

Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos ( IKTS ) en Alemania ha desarrollado un sistema llamado Multi Material Jetting que puede imprimir múltiples materiales a través de un chorro de material súper preciso.

Primero, se hace una lechada con las partículas de metal / cerámica mezcladas con la base termoplástica. Las lechadas separadas se cargan en sistemas de microdosificación (MDS), cada uno de los cuales calienta la lechada hasta 100 grados centígrados, antes de microdosificar el chorro de material fluídico sobre la cama de impresión y formar un modelo 3D. A continuación, la parte verde acabada se saca y se sinteriza en un horno.

El MDS deposita tamaños de gotas de entre 300 y 1000 μm a velocidades de hasta 1000 gotas por segundo. Puede imprimir capas de alturas entre 100 y 200 μm. El tamaño máximo de piezas que se pueden fabricar actualmente es de 200 × 200 × 180 milímetros.

“En este momento, podemos procesar hasta cuatro materiales diferentes a la vez”, dice Uwe Scheithauer, investigador de Fraunhofer IKTS.

“El factor crítico aquí es la dosificación personalizada de las lechadas de metal o cerámica. Obtener la dosificación correcta es clave para garantizar que el producto final fabricado aditivamente adquiera las propiedades y funciones requeridas durante la sinterización posterior en el horno, incluidas propiedades como resistencia, conductividad térmica y conductividad eléctrica ”.

Un ejemplo de un componente que podría beneficiarse de las propiedades de los materiales mixtos es la cámara de combustión de un motor de satélite (u otra nave espacial).

Las cámaras de combustión se calientan mucho y, en el caso de los combustibles no hipergólicos, requieren una fuente de ignición. Cualquier sistema en una nave espacial agrega masa, por lo que cualquier oportunidad de eliminar o integrar aún más un sistema, puede potencialmente reducir la masa.

Colocando cuidadosamente las trayectorias eléctricamente conductoras de la pista de lechada dentro de la pieza cerámica, es posible producir una pieza acabada de una sola impresión que sea conductora (para el sistema de encendido) pero resistente al calor (para la pieza explosiva).

Y, por supuesto, la cerámica de ingeniería no solo se usa en el espacio.

Ofrecen una alta resistencia a las altas temperaturas, la abrasión y la corrosión, por lo que han encontrado utilidad en los dominios de la ingeniería mecánica, química, ingeniería energética y microelectrónica.

«También podríamos usarlo para hacer espacios en blanco para piezas de carburo, por ejemplo», dijo Scheithauer.

“Gracias a la tremenda precisión de los sistemas de dosificación, los contornos de los espacios en blanco ya estarían muy cerca de los del producto final. Por lo tanto, requerirían muy poco triturado posterior en comparación con los métodos convencionales. Esa es una gran ventaja cuando se trabaja con carburo «.

Recientemente, ha habido una oleada de impresoras 3D aptas para oficinas que llegan al mercado, principalmente impulsadas por un cambio en la economía de la subcontratación de prototipos. Hasta hace poco, era más rentable para las pequeñas empresas de diseño subcontratar sus prototipos de AM porque las impresoras 3D a todo color eran muy caras. Stratasys, siendo una de las pocas empresas que vende impresoras 3D a todo color, era plenamente consciente de este problema de accesibilidad y ha lanzado la J55 como una impresora a todo color más asequible para las pequeñas empresas.

Sabemos que el riesgo y el tiempo que implica la creación de prototipos tradicionales simplemente ya no funcionan, pero no hay lugar para comprometer el diseño. Los diseñadores pueden y deben hacer muchos más prototipos internamente, desde el modelado del concepto inicial hasta prototipos finales altamente realistas. Solo ha sido una cuestión de llevar la calidad empresarial al precio y al espacio de trabajo de una tienda de diseño. Y ahora estamos ahí. Tim Greene, director de investigación de impresión 3D en la firma de investigación global IDC

El J55 funciona con la misma tecnología PolyJet que se encuentra en sus máquinas más grandes, aunque tiene cinco cartuchos de material en comparación con siete. Al mezclar esos colores, puede producir 500,000 colores, incluidos 2,000 colores Pantone y una gama de tonos de piel. El software GrabCAD Print permite a los usuarios igualar fácilmente los colores de los modelos 3D en cuestión de clics. También puede simular con precisión el aspecto y la textura de muchos materiales, como madera, tela, cuero y vidrio, y se pueden usar materiales opacos y transparentes en el mismo objeto. Eso permite a los diseñadores crear prototipos que reflejan con precisión el producto final, una habilidad útil cuando se presenta a los inversores. Y los médicos y cirujanos pueden crear modelos anatómicamente correctos para una comunicación más clara con los pacientes y otros médicos. Con una altura de capa de 18 micrones, los usuarios no tendrán que preocuparse por perder ningún detalle.

Para hacer que la oficina J55 sea amigable, los ingenieros de Stratasys se enfocaron en varias características importantes.

• Compacto : ocupando poco más de cuatro pies cuadrados, el J55 puede caber en cualquier oficina.
• Gran volumen de impresión : con un impresionante tamaño de construcción de 1.174 cm2, tiene una de las proporciones de tamaño de bandeja y huella más altas.
• Silencioso : el J55 funciona por debajo de 53 decibeles, que es casi tan fuerte como un refrigerador.
• Sin olores: está equipado con un extractor de aire ProAero que filtra partículas y olores, por lo que es seguro usarlo con colegas.
• Fácil de usar : no se requieren calibraciones mecánicas y el flujo de trabajo es tan simple como diseñar, importar e imprimir.
• Costo : a partir de € 100,000, el J55 cuesta la mitad de la opción que antes era la más asequible.

Uno de los mayores cambios de diseño de la J55 es que su placa de construcción es circular y gira durante la impresión. Esto reduce parte del movimiento mecánico, lo que reduce el ruido y mejora la eficiencia del volumen de construcción. “Desarrollamos esta nueva impresora 3D innovadora para transformar verdaderamente el proceso de desarrollo de productos para diseñadores e ingenieros de productos de todo el mundo. La J55 no solo se ajusta al presupuesto de prácticamente cualquier equipo de diseño de productos, sino que la calidad de las piezas que puede imprimir en 3D es la mejor de su clase. Es tan simple que cualquiera puede configurarlo y usarlo, y es tan silencioso que olvidará que está funcionando ”, dijo Omer Krieger, vicepresidente ejecutivo de productos de Stratasys.

Una de las piezas de demostración que produjo Stratasys para mostrar la nueva impresora es un prototipo de auricular en el que el producto, el cargador, el manual del usuario y el embalaje se imprimieron en 3D en el J55. Ser capaz de hacer todo eso internamente con una sola máquina sería un valor agregado real para muchas pequeñas y medianas empresas.