¿Qué es la impresión 3D? Características, clasificaciones y diferencias con el mecanizado
La impresión 3D es una tecnología de fabricación novedosa capaz de crear diversas formas y ha visto un aumento de aplicaciones en los últimos años. Sin embargo, tiene sus inconvenientes y puede que no sea adecuada para todos los escenarios de fabricación. ¿Cuándo es más efectiva la impresión 3D y cuándo es mejor el mecanizado tradicional? A continuación, se presenta una descripción general de las características de la impresión 3D y sus diferencias con el mecanizado.
¿Qué es la impresión 3D?
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Modelado por deposición fundida (FDM):Este método extruye material termoplástico a través de una boquilla y lo deposita capa por capa. Está disponible en una amplia gama de productos, desde modelos asequibles para uso personal hasta sistemas más avanzados para aplicaciones comerciales. Los materiales principales utilizados son resinas, aunque también hay materiales a base de metal disponibles para ciertos productos. Por ejemplo, algunos productos termoplásticos se pueden imprimir utilizando los mismos materiales que se utilizan en el moldeo por inyección real.
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Estereolitografía (SLA):En este método, se proyecta luz ultravioleta sobre una resina líquida para endurecerla y formar capas de material. Para este proceso, que se limita principalmente a materiales de resina, se suelen utilizar proyectores UV o láseres. Los materiales utilizados en este proceso son especializados y requieren un manejo específico.
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Sinterización selectiva por láser (SLS):Este método implica el uso de un láser o un dispositivo similar para calentar y sinterizar capas delgadas de material en polvo. Se extiende una nueva capa de polvo sobre la anterior y se repite el proceso para construir el objeto. Los materiales utilizados suelen ser una mezcla de materiales de base y aditivos, donde el aditivo facilita la unión del material al calentarse. Al igual que el SLA, este método también requiere materiales especializados.
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Materiales de resina
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Materiales metálicos
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Método de fabricación:
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Impresión 3D:Construye material para lograr la forma deseada mediante fabricación aditiva.
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Mecanizado:Elimina material no deseado de un bloque u otra forma bruta para dar forma a la pieza deseada.
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Capacidades de forma:
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Impresión 3D: Permite crear estructuras huecas, salientes y canales internos curvos. Sin embargo, es menos adecuado para producir piezas sólidas y gruesas debido a la gran cantidad de material necesario.
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Mecanizado: No se pueden crear fácilmente estructuras huecas o canales internos curvos. Los salientes y los orificios laterales requieren múltiples pasos de sujeción durante el mecanizado, lo que reduce la flexibilidad del diseño. Sin embargo, el mecanizado es ideal para crear características de paredes gruesas.
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Requisitos de datos:
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Impresión 3D:No solo se necesitan datos de diseño 3D, sino también datos específicos de impresión 3D. Según la forma, también puede ser necesario diseñar estructuras de soporte, lo que requiere software especializado. Es posible que se necesiten datos en formatos como STL, STEP o IGS, y la creación de estos datos puede llevar mucho tiempo.
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Mecanizado: Puede trabajar a partir de dibujos en 2D, y el "mecanizado automatizado" mediante control numérico (NC) es cada vez más común. Las aplicaciones CAM (fabricación asistida por computadora) se utilizan ampliamente para generar automáticamente programas NC. Los datos en formatos como DXF para 2D o STEP e IGS para 3D se pueden convertir fácilmente en programas NC, lo que facilita el mecanizado.
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Opciones de materiales:
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Impresión 3D:Generalmente requiere materiales especializados, que pueden ser más costosos y ofrecer opciones limitadas en comparación con los materiales convencionales.
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Mecanizado:Puede procesar una amplia gama de materiales, incluidos metales y plásticos.
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Cada método de fabricación tiene sus ventajas y desventajas. A continuación, se muestran algunos ejemplos en los que la impresión 3D es más adecuada que el mecanizado:
•Validación del concepto de diseño:Durante la fase de planificación del producto, la impresión 3D se puede utilizar de manera eficaz para verificar la apariencia de un producto. Proporciona un modelo tangible que es más fácil de evaluar que una hoja de especificaciones, un dibujo o una ilustración.
•Estructuras huecas y canales internos curvos:Si necesita crear una estructura hueca para reducir el peso o desea diseñar un canal interno curvo complejo, la impresión 3D es ideal. El mecanizado requeriría perforar desde ambas direcciones para crear un orificio recto con un radio, mientras que la impresión 3D puede producir fácilmente curvas y canales intrincados.
•Producción de prototipos:En el caso de los productos de plástico, en general se requieren moldes de prototipos para el mecanizado. Sin embargo, la impresión 3D permite realizar prototipos a bajo costo sin necesidad de moldes. Otro enfoque consiste en imprimir moldes para el moldeo por inyección o el estampado en lugar de los propios prototipos.
•Modelos arquitectónicos:La impresión 3D es excelente para producir superficies curvas complejas y formas huecas, lo que la hace adecuada para modelos arquitectónicos. Las formas huecas son difíciles de lograr con el mecanizado, que requeriría la fabricación y el ensamblaje de múltiples piezas. En el extranjero, existe una tendencia creciente a utilizar la impresión 3D para construir edificios enteros, aunque siguen existiendo desafíos relacionados con los costos de los materiales y la precisión de las piezas ensambladas.
•Producción de bajo volumen y alta mezcla:La flexibilidad de la impresión 3D reside en su capacidad de producir sin moldes, lo que la hace ideal para producciones de bajo volumen y alta mezcla, como prótesis, reproducciones de productos discontinuados y plantillas utilizadas en líneas de producción. También puede atender productos personalizados como piezas de automóviles. Además, una vez que los datos están disponibles, se pueden producir piezas idénticas a pedido, lo que minimiza el riesgo de inventario no vendido o excedente.
Uso eficaz de la impresión y el mecanizado 3D
El mayor desafío de la impresión 3D es su menor precisión. El posprocesamiento es esencial para garantizar que las piezas encajen con otros componentes, lo que la hace inadecuada para características precisas como las roscas. Además, la impresión 3D es más lenta y más cara de operar, incluidos los costos de material, lo que la hace menos adecuada para la producción en masa. Por lo tanto, excepto en casos especializados de producción de bajo volumen y alta mezcla, la impresión 3D generalmente se usa para prototipos o moldes durante las primeras etapas de desarrollo. Si bien industrias como la automotriz y la aeroespacial han comenzado a usar piezas impresas en 3D directamente en productos finales, la tecnología aún no está lista para reemplazar por completo los métodos de fabricación tradicionales.
Para obtener los mejores resultados, la impresión 3D debe reservarse para aplicaciones específicas, como la creación de prototipos, mientras que la precisión y la producción en masa deben seguir dependiendo del mecanizado. Además, cuando es necesario evaluar piezas en las mismas condiciones que los artículos producidos en masa, las impresoras 3D pueden no utilizar los mismos materiales que los utilizados en la producción. En tales casos, el mecanizado sigue siendo la opción preferida.
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