Impresión 3D. Tecnología para futuros diseñadores. Definición, componentes y funcionamiento. Aplicaciones en diseño y fabricación
La impresión 3D es una herramienta con enorme potencial en la ejecución de los proyectos de diseño.
Este post es una aproximación a esta tecnología para futuros diseñadores.
La impresión 3D consiste básicamente en superponer capas sucesivas de material, hasta conseguir un objeto tridimensional que previamente se ha diseñado.
Es por tanto un método de fabricación por adición de material, a diferencia de los procedimientos más convencionales que se basan en la sustracción o deformación sobre un cuerpo de material base.
Comparando con los mecanizados que desechan un gran porcentaje de material, la tecnología aditiva supone un importante ahorro.
Los primeros equipos y materiales para fabricación aditiva se desarrollaron en 1976. No fue hasta junio de 1984 cuando se registró la primera patente.
CÓMO SE UTILIZA EN DISEÑO
La impresión 3D permite convertir un diseño digital en un modelo físico en muy corto plazo, y sin necesidad de los costosos moldes y utillajes necesarios en los procedimientos de fabricación tradicionales.
Esta posibilidad ha dado lugar al concepto prototipado rápido o “rapid prototyping”, que ha revolucionado la actividad del diseño.
El diseñador puede disponer fácilmente desde la fase de definición conceptual, de modelos o maquetas que le permiten testear y evaluar las características tanto geométricas y estéticas como funcionales de su proyecto.
Al mismo tiempo, la impresión 3D permite componer estructuras complejas con oquedades y geometrías que la fabricación convencional no permitía, y que abre nuevas perspectivas de creación a los diseñadores.
EJEMPLOS DE DISEÑADORES QUE EMPLEAN IMPRESIÓN 3D
Cada vez hay más profesionales relevantes en el campo del diseño que han optado de manera decidida por esta tecnología para sus trabajos.
Ejemplos en diseño de moda:
– Nuria Costa, Ane Castro y Francis Bintoni
Ejemplos en diseño de producto:
CÓMO ES UNA IMPRESORA 3D
Para la descripción nos apoyaremos en la imagen de un modelo de impresora 3D que actualmente se puede encontrar en el mercado.
La impresora trabaja en tres ejes cartesianos X, Y y Z. La geometría de las capas se define con el movimiento sobre los ejes X e Y.
Un desplazamiento en el eje Z determina la distancia en altura entre las capas y marca el comienzo de la impresión de cada nueva capa.
Los motores que generan los desplazamientos están controlados por la electrónica de la impresora.
1. Guías del eje Z
Conducen el movimiento del eje Z.
2. Motor del eje Z
Activa el movimiento en el eje Z.
3. Guías del eje X
Conducen el movimiento del eje X.
4. Motor del eje X
Activa el movimiento en el eje X.
5. Sistema del eje Y
El sistema del Eje Y desplaza la base de trabajo también llamada cama caliente.
6. Material de aportación
El material normalmente consiste en filamentos fungibles que se suministran en bobinas. También puede ser material en polvo que finalmente se compacta con un aglomerante o calor.
Los tipos de material más comunes son Nylon, PLA (Poliácido Láctico), PETG (Tereftalato de Polietileno Glicol), HIPS (Poliestireno de alto impacto), ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), Fibra de Carbono y también materiales metálicos.
Se producen continuos avances en la investigación y aplicación de nuevos materiales que mejoran las características mecánicas y las condiciones de uso del producto final.
Existen modelos multimaterial, es decir impresoras que utilizan varios tipos de material al mismo tiempo para la fabricación de un solo objeto.
7. Extrusor
Consiste básicamente en un orificio por el que entra el filamento de material, y una rueda tractora que lo empuja hacia la zona de calentamiento en el fusor.
8. Fusor
Componente del cabezal móvil donde una resistencia calienta el filamento hasta su temperatura de fusión.
9. Boquillas de extrusión
Es por donde sale el material fundido, y es lo que define el trazo con el que se dibujará la capa. Cuanto menor sea el diámetro mejor será la definición del trazo, pero en contrapartida será menor la velocidad de impresión.
10. Cama caliente
Base donde se deposita el material fundido. Es un elemento calefactado con el objeto de mantener una temperatura adecuada en la zona de trabajo.
Con ello se consigue que la capa mantenga su adherencia y no se despegue a causa de las deformaciones que produce el mismo proceso de impresión.
También evita que se produzcan deformaciones por enfriamiento de las capas de material que se van depositando, asegurando uniformidad térmica en toda la impresión.
11. Fuente de alimentación
Suministra la energía adecuada a la potencia y consumo de los elementos de la impresora.
12. Electrónica y pantalla
El software de la impresora transforma un modelo digital 3D en un programa de instrucciones para la activación del hardware de la impresora.
Este software permite la selección de los parámetros de impresión que se adaptan al tipo de ejecución a realizar.
Algunos parámetros a controlar son por ejemplo, temperatura de fusión, temperatura de la cama caliente, velocidad de deposición de material y diámetro de salida de la boquilla.
¿UNA TECNOLOGÍA DECISIVA?
Hay bastantes ejemplos de sectores industriales y comerciales que han introducido la impresión 3D en sus sistemas productivos.
En moda por ejemplo se fabrica ropa impresa en 3D en materiales como Filaflex, donde destaca una impresora 3D de fabricación española: la Kniterate.
También es fácil encontrar aplicaciones de impresión 3D en fabricación de calzado, lencería, joyas, bolsos y otros complementos.
En la industria se suele utilizar en determinadas producciones de componentes electrónicos, elementos de automatización y sobre todo en fabricación de series limitadas.
Otro importante campo de aplicación es la medicina, con la fabricación de prótesis dentales, ortopédicas, e incluso para sustitución de órganos internos en cirugía.
En investigación espacial, la NASA ha ensayado el envío de impresoras 3D al espacio para dar autonomía a las aeronaves en órbita, que ya no necesitarían que sus piezas fueran fabricadas y enviadas desde la Tierra.
En este vídeo de VisualPolitiK se realiza un análisis sobre la repercusión económica y social de la impresión 3D
¿EL FIN DE LAS TECNOLOGÍAS TRADICIONALES?
No obstante no podemos pensar que la impresión 3D va a sustituir a las tecnologías convencionales de fabricación, sino que van a convivir conjugando las fortalezas y debilidades de cada una de ellas.
Y es que, a pesar de las ventajas antes comentadas de la impresión 3D, esta tecnología de momento presenta algunos inconvenientes:
1. Coste
El más importante quizá sea la poca competitividad en el coste unitario para la producción de grandes series de piezas, como consecuencia de sus mayores tiempos de fabricación.
Dicho de otra manera, aunque las tecnologías tradicionales requieren una inversión inicial mayor en moldes y utillajes, si se producen muchos elementos ese coste finalmente se amortiza porque en cada pieza se tarda menos tiempo.
El siguiente gráfico puede ayudar a visualizarlo con facilidad:
2. Tolerancias dimensionales y acabados superficiales
Cuando los requerimientos de calidad superficial y/o precisión dimensional son muy exigentes, la impresión 3D no puede alcanzar los estándares de otras tecnologías de mecanizado.
3. Resistencia a la fatiga
En los casos en que las piezas se ven sometidas a altos esfuerzos de fatiga, las propiedades físicas de los materiales de la impresión 3D son inferiores a las de algunos de los materiales tradicionales.
Las imperfecciones y rugosidades que presenta la estructura del material impreso, facilitan la aparición de grietas y la consiguiente fractura del elemento al sufrir esfuerzos de deformación.
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Artículo realizado por Carlos Vaquerizo
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