Impresion 3d

Impresión en 3D o Prototipado Rápido

1.-Resumen:

En el presente trabajo se realizó una investigación sobre los aspectos más importantes en el desarrollo de la tecnología de impresión en 3D, esto permita identificar los inicios de estas tecnologías generados durante los años 80´s, su actual crecimiento y que sin duda dará pie a una actividad cotidiana en los hogares inteligente de un futuro no muy lejano, donde podremos crear objetos personales para vestir, para alimentarnos y hasta para curarnos.

En este escrito se busca mostrar varias de las nuevas aplicaciones para la impresión 3D, dejaremos a un lado el uso de esta tecnología para el diseño, investigación y fabricación industrial, nos centrarnos en las posibilidades que brinda esta tecnología para la creación de productos únicos, de uso cotidiano y donde la creatividad e ingenio serán el factor más importante.

Definición

Las definiciones de impresión en 3D serán muy variadas por lo cual daré una que busca explicar el tema de forma clara y simple: Tecnología para la creación de objetos tridimensionales mediante la impresión y súper posición de finas capas de material tantas veces como sea necesario. Cada capa es una sección trasversal trazada por el láser en la superficie ya solidificada del material. La selección de materiales proveerá diferentes propiedades físicas y mecánicas a las piezas; Materiales como ABS, polvo de acero inoxidable o bases acrílicas darán como resultado piezas sólidas, semi-solidas, infinidad de acabados y texturas.

2.-Introducción

Todo comenzó en 1984, cuando Charles Hull inventa el método de la estereolitografía (SLA) que consiste en crear objetos sólidos mediante la impresión sucesiva de finas capas de un material sensible a la luz ultravioleta, Ese mismo año crea la empresa 3DSystems que a la fecha es una de las empresas más importantes en el ramo de la impresión 3D.

Para los noventa otros proyectos como el de Scott Crump, desarrolló la técnica de Fused Deposition Modeling (FDM), que consistía en la creación de objetos tridimensionales mediante la superposición de capas de material fundido que posteriormente solidificaba con la forma deseada.

Otra propuesta muy destacada es la de dos jóvenes estudiantes del MIT, que diseñaron una técnica de impresión 3D utilizando una de impresión de tinta tradición como base. Justo ahí la impresión 3D comenzó a perfilarse como una revolución en el mercado doméstico.

Para el 2005 el Dr. Bowyer (Universidad de Bath, UK) desarrolla la primera impresora 3D con capacidad de imprimir casi la totalidad de las piezas que la componen. (1,2)

Todos estos dispositivos apoyaran la experimentación y el avance científico, pero su gran demanda nace por los beneficios que puede lograr en el hogar. La impresión 3D será clave para el crecimiento de los hogares inteligentes, veremos una historia similar a la que vivió la PC, los bajos costos permitirán el acceso a este tipo tecnología dentro de cualquier oficina y del Hogar.

Una herramienta con un largo y prometedor camino por recorrer, las capacidades son muy amplias, los materiales muy diversos: plásticos, metales, polvos y resinas. Los mejores años están por llegar.

3.-Los Inicios

Chuck Hull importante investigador del campo de la Óptica Iónica, quien idea por primera vez entre 1983 y 1984 el primer método de impresión 3D ”Estereolitografía” (SLA) (imagen1), con base de resinas acrílicas sensibles a rayos UV, es un proceso de impresión orientado a la creación de prototipos antes de su fabricación en serie. Ese mismo año crea la empresa 3DSystems, empresa líder en el mercado que permitió la utilización a nivel industrial de este proceso.

El proceso básico es bastante sencillo. Lo primero es contar con un objeto en 3D. Un software corta el modelo en capas muy finas – normalmente entre cinco y diez capas que se miden en milímetros. El láser de la impresora 3D “pinta” una de las capas, exponiendo el plástico líquido en el tanque y endureciéndolo. La plataforma se mueve en el eje z una fracción de milímetro y el láser pinta la siguiente capa. El proceso se repite capa por capa hasta que el modelo se ha completado. Este proceso no es particularmente rápido. Dependiendo del tamaño y el número de objetos que se están creando, el láser puede llevar un minuto o dos para cada capa. Un proceso típico puede llevar unas doce horas. Para objetos más grandes el proceso puede llevar incluso días.

La estereolitografía te permite crear prácticamente cualquier forma que nos podamos imaginar. Si lo puedes poner en un programa CAD, probablemente lo puedes crear. El único inconveniente es la necesidad de estructura integral durante el proceso de construcción. En algunos casos, se necesita añadir una sujeción interna al diseño para que no colapse durante el proceso de impresión. Esta tecnología no es barata. Las máquinas de por si normalmente cuestan más de 200 mil euros. Deben ser ventilados por los vapores que provocan los líquidos utilizados. El polímero (base) por sí mismo es caro, por lo que es difícil ver máquinas de estereolitografía en cualquier sitio que no sean grandes compañías.

Sin embargo y aunque sea una tecnología cara, hay servicios de compañías que pueden dejar disponibles las ventajas de la estereolitografía a empresas más pequeñas, tiendas o a individuos. Aun siendo algo caro, es reamente económico si lo comparamos a tener que comprar una máquina y los materiales relacionados.

Imagen 1

Para 1990, Scott Crump, fundador de Stratasys, desarrolló la técnica de Fused Deposition Modeling (FDM)(imagen 2), que consistía en la creación de objetos tridimensionales mediante la superposición de capas de material termoplástico, se utiliza en forma de filamentos que se desenrolla de una bobina y se alimenta a las boquillas, estas contienen calentadores que mantienen el material a una temperatura justo por encima de fusión para el flujo fácil.

La boquilla se mueve horizontalmente, deposita una capa del material. Una vez que el material sale de la boquilla, por lo general se endurece inmediatamente. Entonces, la plataforma se mueve en el eje Z para lograr una capa y la boquilla se mueve horizontalmente de nuevo para depositar otra capa.

El diámetro de la boquilla del extrusor determina el espesor de la capa y la precisión dimensional vertical, que oscila desde 0.013 hasta 0.005 pulgadas, la resolución en el plano XY es 0,001 pulgadas. Un material soluble en agua se puede usar para crear estructuras de apoyo temporales mientras que la parte se construye. Dependerá el uso que se le dará a este prototipo podría utilizar un procesamiento posterior.

Con el tiempo este método permitió una mayor difusión de la impresión 3D abaratando costos y permitiendo a pequeños usuarios y talleres no industriales tener acceso a esta tecnología para fines propios.

Imagen 2

Años más adelante surgen interesantes proyectos paralelos, destacando el de dos jóvenes estudiantes del MIT, que diseñaron un modelo de impresión 3D por inyección trucando una vieja impresora tradicional. Al año siguiente fundaron su propia empresa, Z Corporation.

A partir de ahí, la impresión 3D comenzó a perfilarse como una revolución en el mercado doméstico a través del proyecto RepRap, los costos continúan bajando y surgen a su vez varios proyectos con la misma idea, favorecer el desarrollo de esta tecnología y acercarla al mayor número posible de comunidades.

* RepRap impresora 3D libre capaz de imprimir objetos plásticos.

4.-¿Cómo funciona la tecnología de una impresora 3D?

Se crea al ir creando un prototipo capa por capa, desde abajo y hasta arriba, creando a partir de un modelo 3D y que por medio de un programa se obtiene un archivo con terminación .STL (imagen 3)

Imagen 3

5.-Algunas de los procesos de Impresión 3D más importantes son:

STL= Estereolitografía: Creado principalmente a base de resinas acrílicas sensibles a rayos UV (imagen 4)

Ventajas:

Rapidez: Depende de su tamaño y complejidad, puede variar desde unas simples horas a más de un día.

Acabado superficial: El acabado final de las piezas es muy bueno.

Propiedades mecánicas: suficientemente duras como para ser mecanizadas, y pueden ser usadas en la creación de moldes maestros para moldeo por inyección, termo conformado, moldeo por soplado, y varios procesos de forja.

Capacidad de producir objetos hasta de 210x70x80 cm.

Desventajas:

Los objetos obtenidos mediante esta tecnología son sensibles tanto a la humedad ambiental como a la temperatura, aunque hay procesos posteriores que mitigan dichas debilidades. Aunque la estereolitografía puede producir una amplia variedad de formas, suele ser cara. (5)

SLS= Sinterización

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