Impresoras 3D

Impresoras 3D de gran formato para aplicaciones industriales

Las impresoras 3D de gran formato de BigRep son su mejor socio para la fabricación aditiva industrial, ya sea tanto para la fabricación rápida de prototipos funcionales, como de herramientas o productos finales.

Las impresoras 3D industriales ofrecen una serie de características innovadoras que posibilitan una amplia gama de aplicaciones profesionales. Déjese asesorar por expertos en la compra de una impresora 3D y en la elección de filamentos de impresión 3D entre la amplia selección disponible.

BigRep PRO: Large-Format 3D Printer

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¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, es una tecnología usada para fabricar objetos de tres dimensiones. Las impresoras 3D suelen usar polímeros plásticos (y ocasionalmente también metal) para formar objetos mediante la adhesión sucesiva de capas de dichos materiales.

Al igual que en muchas otras tecnologías de fabricación, las impresoras 3D se basan en diseños asistidos por ordenador, o modelos CAD. Los modelos digitales se «cortan» en capas individuales y en estructuras de soporte complementarias mediante programas de software de impresión 3D especializados (llamados «slicer») y luego se imprimen.

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¿Cómo funciona una impresora 3D?

El funcionamiento de una impresora 3D depende de la tecnología específica de la que hace uso, siendo las más comunes, por orden, las tecnologías FFF (FDM), SLA y SLS.

1 FFF - Fabricación por Filamento Fundido (Fused Filament Fabrication)

La fabricación por filamento fundido (FFF), también comúnmente conocida por su nombre comercial: modelado por deposición de material fundido (FDM), funciona depositando capas individuales de filamento fundido sobre sí mismas hasta que se forma la geometría final del objeto deseado. La FFF es la tecnología de fabricación aditiva más común (y generalmente más accesible) disponible hoy en día.

En la impresión 3D con tecnología FFF, el filamento de polímero es expulsado a través de un extrusor que funde el material con su extremo caliente, un funcionamiento similar al de una pistola encoladora que expulsa la barra de pegamento derretida a través de su boquilla caliente. A continuación, el material polimérico se «imprime» en capas a medida que es impulsado a través de la boquilla, cuyo diámetro determina el tamaño de la capa, y se deposita en una plataforma de construcción (o «cama de impresión») o encima de capas anteriores.

Por lo general, más allá de la retirada de la estructura de soporte, las piezas impresas con la tecnología FFF requieren un posprocesamiento mínimo, si es que lo requieren.

Características clave de una impresora 3D FFF

  • Suele ser la más rápida de las tecnologías de impresión 3D habituales.
  • Tecnología de menor costo tanto en el precio de compra como en los consumibles.
  • Posprocesamiento extremadamente fácil y limpieza mínima.

2 SLA - Estereolitografía (Stereolithography)

La estereolitografía (SLA), la segunda tecnología de fabricación aditiva más común, funciona curando resina líquida a sí misma en capas sucesivas para formar el objeto deseado.

En la impresión 3D con tecnología SLA, se hace uso de una plataforma de construcción que se sumerge en una bandeja de resina líquida donde el material se comprime contra el fondo de una bandeja transparente antes de ser curado por un láser UV. El proceso se repite, empujando cada capa anterior contra el fondo de la bandeja, hasta completarse.

La tecnología SLA permite obtener piezas increíblemente detalladas, pero es un proceso que consume mucho material. Para que el proceso sea eficaz, se suele requerir una cantidad de resina mucho mayor que la que exige el objeto final. Como el material sobrante suele quedar en la bandeja, las impresiones fallidas corren el riesgo de contaminarse. Suelen necesitarse bandejas específicas para cada resina líquida, que a su vez son consumibles, ya que se desgastan por la exposición a la luz del láser UV.

Características clave de una impresora 3D SLA:

  • Capacidad de realizar capas muy pequeñas para los detalles más complejos del modelo.
  • Proceso que requiere mucho tiempo, el cual aumenta exponencialmente con el uso de capas más pequeñas.
  • Requiere una limpieza a fondo y un posprocesamiento con curación adicional.

3 SLS - Sinterizado selectivo por láser (Selective Laser Sintering)

La tecnología de sinterizado selectivo por láser (SLS) funciona curando material en polvo en capas sucesivas a medida que se extiende repetidamente por un volumen de construcción hasta formar el objeto final. Su uso es significativamente menor que el de las demás tecnologías plásticas mencionadas anteriormente, pero se utiliza habitualmente en la fabricación aditiva del sector metalúrgico.

De forma similar a la tecnología SLA, la tecnología SLS requiere una cantidad mayor de material que la usada para fabricar el objeto final. Sin embargo, hay pocas posibilidades de que el material se contamine y el exceso de material tiene un propósito secundario como estructura de soporte natural.

Dado que la tecnología SLS hace uso del material en polvo como soporte de los objetos impresos, no requiere prácticamente ningún posprocesamiento una vez finalizada la impresión. Permite imprimir detalles complejos, pero es un proceso relativamente lento y de costo elevado.

Características clave de una impresora 3D SLS:

  • No requiere post-procesamiento, ya que el material excesivo sirve de soporte.
  • Es la más cara de las tecnologías de impresión 3D comunes.
  • Proceso que requiere mucho tiempo, el cual aumenta exponencialmente con el uso de capas más pequeñas.

3 pasos en la creación de un objeto impreso en 3D

 Diseño

Los objetos impresos en 3D están diseñados con un software de diseño asistido por ordenador (CAD). Los diseñadores e ingenieros experimentados utilizan software de CAD para crear diseños completamente nuevos, o utilizan escáneres 3D para capturar digitalmente objetos del mundo real. Cada vez se utiliza más la inteligencia artificial y el software de diseño paramétrico para automatizar los procesos de diseño.

 Impresión 3D

Para proceder a la impresión en 3D, un software de corte (o «slicer») debe descomponer el modelo CAD en capas individuales y mapear el proceso de impresión.  A partir de los modelos CAD, los «slicers» generan G-code, un lenguaje de control de fabricación asistida por ordenador que dirige los movimientos de la impresora 3D a fin de recrear en forma física el modelo digital.

 Post-Procesamiento

En función del diseño y la tecnología de impresión 3D utilizada, puede que deba post-procesar el objeto para mejorar la impresión. El post-procesamiento es cualquier proceso al que pueda someter un objeto después de que la impresora 3D haya terminado de fabricarlo. El curado adicional, la eliminación de los soportes, el lijado o la aplicación de pintura y otros revestimientos son ejemplos del posprocesamiento habitual utilizado para conseguir que el objeto impreso en 3D cuente con un acabado perfecto.

Ventajas de la impresión 3D

La impresión 3D ofrece múltiples ventajas frente a las tecnologías de fabricación tradicionales. Al tratarse de una tecnología especialmente disruptiva, las empresas que invierten en la fabricación aditiva se ven recompensadas con una eficiencia excepcional en su producción. A medida que los métodos de impresión 3D mejoran y se introducen nuevos materiales poliméricos con mayores capacidades en el creciente mercado de la fabricación aditiva, las posibles aplicaciones de dicha tecnología siguen aumentando exponencialmente.

Velocidad

Las impresoras 3D trabajan con una rapidez excepcional para producir objetos impresionantes y geométricamente complejos, a menudo y en función del tamaño, en cuestión de unas pocas horas.

Los métodos de fabricación tradicional son conocidos por sus largos plazos de entrega, que suelen implicar retrasos en los flujos de trabajo dependientes y pueden extenderse durante semanas. Al tratarse de un proceso de gran fiabilidad y sin necesidad de supervisión, la impresión 3D puede fabricar objetos a escala real incluso durante la noche para que estén listos para su uso al día siguiente.

Flexibilidad

Dado que la impresión 3D hace uso de archivos digitales (modelos CAD) en vez de herramientas físicas como patrones y moldes, es una tecnología altamente flexible.

Los procesos de fabricación y diseño totalmente personalizados o la producción de pequeñas series con muchas iteraciones se benefician en gran medida tanto de la alta velocidad como del bajo costo en comparación con los procesos de fabricación tradicionales que requieren herramientas mecanizadas manualmente para funcionar.

Costo

Los costos de fabricación pueden determinarse en función de tres métricas: costos de material, de funcionamiento y de mano de obra. A diferencia de las técnicas de fabricación reductora que suponen un derroche de material, la impresión 3D es un proceso «aditivo» que utiliza el material justo para producir un objeto.

Dado que se trata de un único proceso el cual no necesita supervisión, los gastos operativos y de mano de obra se eliminan gracias a un proceso consolidado que libera al personal para otras tareas. Dado que las impresoras 3D no requieren herramientas específicas para cada objeto, los fabricantes también ahorran a la hora de realizar cambios en los productos.

Proceso respetuoso con el medio ambiente

A pesar de que algunas formas de impresión 3D son más ecológicas que otras, la naturaleza de las tecnologías de fabricación aditiva, que utilizan el material justo para producir un objeto, hace que todas ellas sean mucho más respetuosas con el medio ambiente que las técnicas reductoras.

En la impresión 3D con tecnología FFF, los procesos de «circuito cerrado» son cada vez más comunes, en los que se utilizan trituradoras de polímero para reciclar el filamento en la propia empresa y reutilizarlo en el proceso de impresión 3D.

Ventajas de las impresoras 3D industriales

Las impresoras 3D industriales permiten crear objetos funcionales a escala real o piezas industriales más allá de las limitaciones de los volúmenes de construcción estándar.

En los tamaños de construcción más pequeños, las piezas de gran formato deben dividirse antes del corte, imprimirse por separado y adherirse en un proceso manual que da lugar a imperfecciones. En la fabricación de gran formato, se ahorra tiempo no solo al evitar múltiples trabajos de impresión y posprocesamiento, sino que también se consiguen piezas excepcionalmente más resistentes. Los objetos impresos con impresoras 3D industriales suelen ser piezas altamente funcionales, desde productos finales como muebles y vehículos recreativos, hasta herramientas industriales de alta resistencia.

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Materiales para la impresión 3D

Cada tecnología de impresión 3D ofrece una amplia variedad de materiales que confieren distintas propiedades mecánicas a los productos finales. La forma que adoptan las materias primas depende de la tecnología específica de fabricación aditiva utilizada. Para la impresión 3D de polímeros (plásticos), la tecnología FFF utiliza bobinas de filamento, la SLA utiliza resina líquida y la SLS, un polvo fino.

Para la impresión 3D con tecnología FFF, puede encontrar filamentos de PLA asequibles para uso general, materiales de alta resistencia diseñados para procesos industriales exigentes, polímeros de grado de ingeniería para aplicaciones muy complejas e incluso materiales adecuados para la fabricación de productos de uso final.

¿Para qué se usa una impresora 3D de gran formato?

Las impresoras 3D se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones, y cada día surgen muchísimas más. Las tres aplicaciones de fabricación aditiva más comunes son las siguientes:

3D Printing Rapid Manufacturing

Piezas de producción final

Las impresoras 3D se utilizan cada vez más para crear piezas de producción final e incluso productos de consumo. Gracias a la flexibilidad inherente de la fabricación aditiva, las empresas que ofrecen productos altamente personalizados llevan mucho tiempo utilizando la fabricación aditiva para crear series reducidas o productos totalmente únicos. A día de hoy, incluso los fabricantes industriales hacen uso de la impresión 3D para la producción en serie y para crear piezas industriales a precios asequibles.

3D Printing Tools & Fixtures

Herramientas/Utillajes

A pesar de que las impresoras 3D no requieren ningún tipo de herramientas extras, son fantásticas a la hora de fabricarlas. Los fabricantes pueden hacer uso de la tecnología de impresión 3D para crear moldes, patrones e incluso plantillas y accesorios para ayudar en otros procesos de fabricación.

Al contrario que en los procesos tradicionales de fabricación de herramientas, que suelen implicar tiempos de entrega excesivos, el proceso de creación de herramientas mediante impresión 3D es fácil y simple. Incluso se pueden fabricar herramientas de mayor tamaño de forma aditiva mediante un proceso que no necesita supervisión, y estas pueden ponerse rápidamente en uso en la planta de producción.

3D Printing Rapid Prototyping

Creación rápida de prototipos

Dado que las impresoras 3D pueden fabricar objetos rápidamente sin la necesidad de herramientas especialmente diseñadas para ello, la impresión 3D es ampliamente reconocida como tecnología ideal para el desarrollo de productos. Los productos pueden fabricarse y rediseñarse a una velocidad increíble, lo que permite a los diseñadores crear más iteraciones y perfeccionar el producto.

En un paso más avanzado del proceso de diseño, la misma tecnología y archivos de diseño pueden utilizarse para crear prototipos funcionales, lo que permite que el equipo de trabajo experimente con su producto en el mundo real.

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