No es sorprendente que la impresión 3D en metal haya sido un tema candente durante algún tiempo, dada la potencial de la tecnología. ¿Qué factores afectan el precio de las órdenes de impresión 3D en metal? Es comprensible que el tamaño y la geometría de la pieza influyan en los precios de la impresión 3D en metal, pero hay otros factores que también pueden afectarlos. La manufactura aditiva en metal (AM) a veces es malentendida por diseñadores e ingenieros, desalentándolos de adoptar la tecnología.
La producción industrial está siendo transformada por la manufactura aditiva. Existen diversos métodos y materiales para la impresión 3D en metal. En general, las impresoras 3D de metal constituyen la mayor parte de los costos de impresión 3D, y el resto se divide entre materiales, mano de obra, preparación y post-procesamiento.
Breve Historia de la Impresión 3D en Metal
A finales de los años 80, el Dr. Carl Deckard de la Universidad de Texas desarrolló la primera impresora 3D de sinterización láser de plásticos. Gracias a este desarrollo, la impresión 3D en metal se hizo posible.
La primera patente para el fundido láser de metales fue presentada en 1995 por el Instituto Fraunhofer en Alemania. Empresas como EOS y muchas universidades lideraron el desarrollo de este proceso.
En 1991, el Dr. Ely Sachs del MIT introdujo un proceso de impresión 3D que hoy se conoce mejor como Binder Jetting. La impresión de metal por Binder Jetting fue licenciada a ExOne en 1995.
La impresión 3D en metal creció de manera lenta pero constante en la década de 2000. Esto cambió después de 2012 cuando las patentes originales empezaron a expirar y se realizaron grandes inversiones por parte de empresas como GE, HP y DM.
Hoy en día, el informe de Wohler estima que la impresión 3D en metal es un mercado de 720 millones de dólares y está creciendo rápidamente. Las ventas de impresoras 3D de metal crecieron un 80% en 2017.
Impresión 3D en Metal vs Manufactura Tradicional
Al decidir entre la impresión 3D en metal y una tecnología sustractiva (mecanizado CNC) o formativa (fundición de metales), siempre se debe realizar un análisis de Costo vs Rendimiento. El costo de manufactura se determina generalmente por el volumen de producción, mientras que el rendimiento de una pieza está en gran medida determinado por su geometría.
La impresión 3D en metal es más adecuada para piezas con geometrías complejas y optimizadas. En otras palabras, es ideal para fabricar piezas de alto rendimiento. Sin embargo, no escala tan bien como el mecanizado CNC o la fundición de metales en volúmenes mayores.
En términos generales:
- El alto costo de la impresión 3D en metal solo se justifica financieramente si resulta en un aumento del rendimiento o eficiencia operativa.
- Diversos requisitos industriales son satisfechos por diferentes procesos de impresión 3D en metal. A continuación, algunas pautas generales para ayudarte a decidir qué proceso es el adecuado para ti:
- DMLS/SLM: Para aumentar la eficiencia en aplicaciones más exigentes, DMLS/SLM es la mejor solución para piezas con alta complejidad geométrica (estructuras orgánicas, optimizadas por topología).
- Binder Jetting: Para lotes pequeños y medianos, Binder Jetting es la opción más económica para piezas con geometrías que no pueden ser fabricadas eficientemente por métodos sustractivos, y para piezas pequeñas, el binder jetting proporciona la mejor alternativa.
- Extrusión de Metal: La extrusión de metal es la mejor opción para prototipos y fabricación de piezas únicas de metal con geometrías complejas que de otro modo requerirían una máquina CNC de 5 ejes.
Beneficios y Limitaciones de la Impresión 3D en Metal
Entender que la impresión 3D en metal tiene muchos beneficios únicos es esencial. Sin embargo, sus limitaciones no siempre la convierten en la mejor opción cuando se trata de fabricar piezas de metal.
Beneficios de la Impresión 3D en Metal
Complejidad geométrica sin costo adicional
Su flexibilidad de diseño excepcional es la mayor ventaja de la impresión 3D en metal comparada con la manufactura «tradicional». Geometrías que no pueden ser fabricadas por otros medios (como un molde o herramienta de corte) se pueden imprimir fácilmente en 3D ya que no se necesita una herramienta específica. Además, si una pieza tiene una complejidad geométrica aumentada, el costo de fabricarla no ha aumentado. Como resultado, estructuras orgánicas y optimizadas por topología pueden imprimirse en piezas de metal para mejorar su rendimiento.
Estructuras ligeras optimizadas
La flexibilidad de diseño y la estructura ligera van de la mano con la impresión 3D en metal. Al seguir las mejores prácticas de diseño para la impresión 3D en metal, siempre es posible encontrar soluciones ligeras. Las técnicas avanzadas de CAD, como la optimización de topología y el diseño generativo, se utilizan típicamente para este propósito. Como resultado, las piezas son más ligeras (típicamente entre un 25% y un 50%) y más rígidas. Esto es importante para aplicaciones de alto nivel en industrias como la aviación y la aeroespacial.
Aumento de la funcionalidad de la pieza
Las piezas con estructuras internas pueden fabricarse con impresión 3D en metal ya que el acceso a herramientas no es un problema. Canales internos para enfriamiento conforme, por ejemplo, son una excelente manera de aumentar el rendimiento de una pieza. Los núcleos para moldeo por inyección fabricados con DMLS/SLM con enfriamiento conforme pueden reducir los ciclos de inyección en hasta un 70%. Añadir extrusión de metal a la funcionalidad de un componente es otra manera de aumentar su funcionalidad. Este proceso permite crear plantillas y fijaciones personalizadas cuando se necesitan, aumentando la eficiencia de otros procesos industriales en la planta de producción.
Fusión de ensamblajes en una sola pieza
Una tercera fortaleza de la impresión 3D en metal es su capacidad para fusionar un ensamblaje en una sola pieza. Esto elimina la necesidad de sujetadores y crea piezas que pueden realizar múltiples funciones al mismo tiempo. Los costos laborales y los tiempos de entrega también se reducen, así como los requisitos de mantenimiento y servicio. Otra forma de crear estructuras ligeras es reducir el número de piezas.
Cadenas de suministro de manufactura más simples
Puede llevar 20 o más procesos fabricar una pieza con geometría compleja utilizando métodos «tradicionales», incluso cuando se puede fabricar con métodos «tradicionales». La impresión 3D en metal es una opción de manufactura viable en estos casos. El Binder Jetting, por ejemplo, puede reducir el número total de pasos a cinco o menos (incluyendo post-procesamiento y acabado). De esta manera, se simplifica la cadena de suministro de manufactura.
Propiedades materiales excelentes
A diferencia de la impresión 3D de plásticos, las piezas fabricadas con DMLS/SLM o Binder Jetting tienen un comportamiento mecánico más isotrópico. Además, su resistencia material es comparable a la del metal trabajado (y en algunos casos incluso mejor). Por lo tanto, las piezas impresas en 3D en metal han encontrado aplicaciones en las industrias más exigentes, como la aeroespacial. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las piezas impresas en 3D generalmente tienen una resistencia a la fatiga más baja. La rugosidad superficial y la porosidad interna (típicamente, las piezas DMLS/SLM tienen *0.2% de porosidad y las piezas Binder Jetting tienen *2% de porosidad) juegan un papel en esto.
Limitaciones de la Impresión 3D en Metal
Costo más alto que la manufactura tradicional
El costo de la impresión 3D en metal hoy en día es muy alto en comparación con los métodos de manufactura tradicionales. Una pieza típica de DMLS/SLM te costará aproximadamente entre $5,000 y $10,000 para imprimir y terminar. El uso de la impresión 3D en metal tiene sentido económico solo si se asocia con mejoras sustanciales en el rendimiento. Sin embargo, las soluciones de impresión 3D en metal asequibles están en demanda. En el futuro cercano, los nuevos sistemas de extrusión de metal de banco y los sistemas de producción de Binder Jetting podrían llenar esta brecha.
Economías de escala limitadas
En términos de grandes volúmenes, la impresión 3D en metal aún no puede competir con la manufactura tradicional. La falta de herramientas personalizadas conduce a un bajo costo inicial, pero también significa que los costos de manufactura totales no se ven significativamente afectados por el volumen de producción. Esto significa que el precio unitario permanece casi sin cambios a mayores cantidades, y las economías de escala no se pueden realizar. Aun así, la industria está trabajando hacia sistemas de impresión 3D en metal que puedan agilizar la producción. Actualmente, se están introduciendo al mercado máquinas DMLS/SLM con múltiples láseres y sistemas de Binder Jetting capaces de producción continua.
Un conjunto único de reglas de diseño
Diseñar piezas impresas en 3D en metal sigue un conjunto diferente de reglas que la manufactura «tradicional». Como resultado, los diseños existentes a menudo deben ser rediseñados. Además, las herramientas proporcionadas por el software CAD más antiguo pueden no ser suficientes para beneficiarse plenamente de las ventajas de la impresión 3D en metal. En la última sección de esta guía, encontrarás una descripción detallada de las principales consideraciones de diseño, herramientas CAD avanzadas y reglas de diseño para la impresión 3D en metal.
El post-procesamiento casi siempre es necesario
Las piezas impresas en 3D en metal casi siempre necesitarán algún post-procesamiento antes de estar listas para su uso. Esto aumentará el costo y el tiempo de entrega total. Para producir la pieza final, casi siempre se requieren tratamientos térmicos, mecanizado, pulido y otros métodos de acabado, independientemente de la tecnología seleccionada. En secciones posteriores, veremos más detalles sobre los pasos de post-procesamiento requeridos para cada tecnología.
Impresión 3D por Fusión de Polvo Metálico
El método de impresión 3D en metal más popular es la fusión de polvo metálico. La sinterización láser selectiva es conocida como SLS. Se utiliza un láser de alta potencia para sinterizar el polvo metálico en una estructura sólida.
Primero, la máquina dispensará una capa delgada de polvo metálico sobre la plataforma de construcción. Al calentar el polvo justo por debajo de su punto de fusión, el láser podrá crear un modelo sólido a partir de él. Después de un largo proceso de capas, ¡tu prototipo estará finalmente completo! Cualquier polvo sobrante soportará la estructura mientras se construye y puede ser reutilizado para futuros proyectos. Una vez completada, la estructura se enfriará dentro de la máquina para evitar deformaciones y optimizar sus propiedades mecánicas.
El post-procesamiento, por supuesto, es necesario. El polvo excedente debe ser eliminado y la pieza debe ser separada. Para procesar la pieza más a fondo, puedes utilizar tumbling o chorro de arena. La sinterización láser directa de metal (DMLS) o la fusión láser selectiva (SLM) son otros nombres para este proceso. Independientemente del nombre, esta técnica une selectivamente las partículas de metal una por una usando láseres. El costo promedio de una impresora SLS o SLM es de $550,000, pero puede costar hasta $2,000,000 dependiendo de las características que elijas.
Deposición de Energía Dirigida (DED)
La deposición de energía dirigida, también conocida como DED, es otro tipo de impresión 3D en metal. Dado que el polvo metálico es empujado a través de una boquilla especial, este método puede compararse con la extrusión de filamento. El metal en forma de alambre también se puede utilizar, ya que también puede ser empujado a través de la boquilla. A diferencia de SLS, que sinteriza el material en la cama de impresión, DED solidifica el material a medida que se deposita con un láser. También posee un láser que funde el material en la cama de impresión mientras el brazo robótico lo deposita. Las máquinas SLS son conocidas por su gran cantidad de desperdicio de material, por lo que este proceso aumenta la velocidad y eficiencia de la impresión 3D.
Para evitar la oxidación no deseada y maximizar el control, todo el proceso debe tener lugar en una cámara sellada llena de gas inerte. Las máquinas DED son ideales para reparar piezas o construir objetos grandes de metal. Además, su alta velocidad de impresión las hace ideales para fabricar grandes volúmenes de piezas. Sin embargo, sacrifica la calidad de la superficie y el acabado. No es necesariamente una opción económica, ya que la mayoría de las máquinas DED cuestan más de $500,000.
Extrusión de Filamento Metálico
Una impresora 3D en metal que utiliza extrusión de filamento también es una opción. Calentando el material metálico, o filamento, se permite que se procese a través de boquillas. En lugar del peligroso polvo metálico utilizado en las opciones anteriores, este filamento está hecho de partículas de metal mezcladas con un agente aglutinante. En otras palabras, es fácil de manejar y seguro de usar, pero requiere pasos adicionales de post-procesamiento. Para alcanzar su forma final, debe someterse a desaglutinado y sinterización.
Una máquina promedio de este tipo cuesta alrededor de $140,000 con herramientas de post-procesamiento incluidas. Aunque el precio de una máquina más grande y avanzada puede ser mucho más alto, al igual que con cualquier opción.
Impresión por Chorro de Material y Binder Jetting
Puedes pensar en estas máquinas como impresoras de inyección de tinta: pulverizan metal sobre la superficie de construcción, y una vez que se endurece, se agrega otra capa de «tinta» metálica. El Binder Jetting utiliza el mismo principio, excepto que también se aplica un aglutinante líquido a los materiales metálicos. El proceso es capa por capa, por lo que toma tiempo completarlo. Como resultado, el prototipo que construyas será muy frágil hasta que se completen todos los pasos de post-procesamiento. La sinterización y la infiltración lo transformarán de su estado verde a una pieza metálica más fuerte. Con este proceso, puedes utilizar más materiales que solo metal debido a la tecnología única. La arena o la cerámica son excelentes opciones para quienes estén interesados en estos temas.
Puedes esperar gastar $400,000 o más en un sistema de Binder Jetting en metal.
¿Qué es la impresión 3D DMLS/SLM?
Las dos tecnologías de impresión 3D en metal por fusión de polvo son DMLS (Direct Metal Laser Sintering) y SLM (Selective Laser Melting). SLM y DMLS tienen muy pocas diferencias prácticas. Por lo tanto, pueden tratarse como una sola tecnología.
Capa por capa, utilizan láseres de alta potencia para unir partículas de polvo metálico. Debido a las temperaturas extremadamente altas, SLM alcanza una fusión completa, mientras que DMLS provoca que las partículas de metal se fusionen a nivel molecular. Se pueden utilizar aleaciones metálicas en DMLS, pero solo ciertos materiales metálicos (puros) se pueden usar en SLM.
¿Cómo funciona DMLS/SLM?
Los pasos involucrados en la impresión 3D con DMLS y SLM son los siguientes:
Primero, la cámara de construcción se llena con gas inerte y luego se calienta a la temperatura óptima para la impresión. La plataforma de construcción se cubre con una capa delgada de polvo metálico (típicamente 50 micrones). El láser escanea la sección transversal de la pieza y une selectivamente las partículas metálicas.
Después de que se escanea toda el área, la plataforma de construcción se mueve hacia abajo una capa y el proceso se repite hasta que toda la construcción esté completa.
Después de la impresión, la pieza construida necesita enfriarse antes de que el polvo suelto pueda ser extraído. El paso de impresión 3D es solo el comienzo del proceso DMLS/SLM. Después de completar la impresión, se deben realizar pasos adicionales (obligatorios u opcionales) de post-procesamiento antes de que las piezas puedan ser utilizadas. Los pasos de post-procesamiento requeridos incluyen:
- Alivio de tensiones: Como resultado de las temperaturas de procesamiento muy altas durante la impresión, se desarrollan tensiones internas. Antes de cualquier otra operación, estas deben ser aliviadas a través de un ciclo térmico.
- Remoción de las piezas: SLM/DMLS básicamente suelda las piezas a una plataforma de construcción. Aquí se utilizan sierras de banda o cortadoras de alambre.
- Remoción del soporte: Para mitigar la distorsión y el warping que pueden ocurrir durante la impresión, siempre se requiere soporte en DMLS/SLM. Este soporte se retira manualmente o se mecaniza por CNC.
A menudo se requieren pasos de post-procesamiento adicionales para cumplir con las especificaciones de ingeniería. Esto puede incluir lo siguiente:
- Mecanizado CNC: Para cumplir con tolerancias más estrictas que el estándar *0.1 mm, se utiliza el mecanizado como paso final. Muy poco material se elimina de esta manera.
- Tratamientos térmicos: Los tratamientos térmicos o el Prensado Isostático en Caliente (HIP) se pueden utilizar para mejorar las propiedades materiales de una pieza.
- Suavizado/ Pulido: Se requiere una superficie más lisa que el estándar RA 10 *m de DMLS/SLM impresa para ciertas aplicaciones. El mecanizado CNC, el pulido manual, el pulido electrolítico y el pulido químico son todas opciones disponibles.
Polvos Metálicos para Impresión 3D
El polvo es la materia prima utilizada en DMLS/SLM y en muchos otros procesos de impresión 3D.
Para obtener un resultado final de calidad, las características de los polvos metálicos son muy importantes. Para asegurar un buen flujo y un empaque compacto, las partículas metálicas deben ser esféricas y tener un tamaño de entre 15 y 45 micrones. Para cumplir con estos requisitos, se utilizan métodos como la atomización por gas o plasma. Un factor clave que contribuye al costo general de la impresión 3D en metal es el alto costo de producción de estos polvos metálicos.
Beneficios y Limitaciones de DMLS/SLM
La principal fortaleza de DMLS/SLM es la capacidad de crear estructuras altamente optimizadas y orgánicas a partir de aleaciones metálicas de alto rendimiento. Cuando se utiliza DMLS/SLM para fabricar piezas, se pueden crear formas complejas y orgánicas que maximizan la rigidez y minimizan el peso. Además, estas piezas pueden tener geometrías internas que no pueden ser producidas por ningún otro método.
Las piezas fabricadas con DMLS/SLM tienen excelentes propiedades materiales. Se pueden fabricar piezas con casi nula porosidad interna a partir de una variedad de aleaciones metálicas, desde aluminio y acero hasta superaleaciones. DMLS/SLM tienen altos costos, como se mencionó en una sección anterior. Debido a esto, estos procesos solo son económicamente viables para piezas de ingeniería de alto valor. Técnicamente, DMLS y SLM están limitados por la necesidad de estructuras de soporte extensas. Para evitar deformaciones y anclar la pieza a la plataforma de construcción, estas son necesarias. Además, fuera de la impresora, la rugosidad superficial de las piezas producidas es alta para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, por lo que se requiere post-procesamiento.
Ventajas:
- Excelente libertad de diseño
- Alta precisión y detalles finos
- Materiales de alto rendimiento
Desventajas:
- Alto costo de fabricación y diseño
- Necesidad extensa de estructuras de soporte
- Alta rugosidad superficial
Materiales para Impresión 3D en Metal
Los materiales para impresión 3D en metal están convirtiéndose en cada vez más comunes. Los ingenieros hoy en día pueden elegir entre aleaciones como:
- Aceros inoxidables
- Aceros para herramientas
- Aleaciones de titanio
- Aleaciones de aluminio
- Superaleaciones a base de níquel
- Aleaciones de cobalto-cromo
- Aleaciones a base de cobre
- Metales preciosos (oro, plata, platino…)
- Metales exóticos (paladio, tántalo…)
La Velocidad de Impresión 3D en Metal
Fabricar y finalizar una pieza impresa en 3D en metal lleva al menos 48 horas y un promedio de 5 días, independientemente del proceso. Aproximadamente la mitad del tiempo total de producción se dedica a la impresión. Obviamente, esto depende del volumen de la pieza y la necesidad de estructuras de soporte. Como referencia, la tasa de producción actual de los sistemas de impresión 3D en metal varía entre 10 y 40 cm³/h.
El post-procesamiento y los requisitos de acabado representan el resto del tiempo de producción. Los tratamientos térmicos contribuyen significativamente al tiempo total de producción: un ciclo térmico típico dura de 10 a 12 horas. Los acabados superficiales mecánicos requieren la intervención de expertos (mecanizado CNC de 5 ejes) o mano de obra manual (pulido a mano).
Precios de las Impresoras 3D en Metal
Un sistema de fusión por lecho de polvo láser (10 x 10 x 12 pulgadas) puede costar entre $400,000 y $800,000. La impresora 3D en metal de HP cuesta $400,000. Una empresa llamada Desktop Metals, que tiene entre sus inversores a BMW, Ford y Google Ventures, anunció el año pasado que ofrecerá una impresora 3D en metal capaz de imprimir una variedad de formas y tamaños. Se espera que los precios para las empresas que necesiten imprimir en 3D en metal se vuelvan cada vez más competitivos a medida que más compañías ingresen al mercado de impresoras 3D en metal. También deberías considerar los costos de licenciamiento del diseño generativo, un proceso de diseño iterativo utilizado en conjunto con la impresión 3D en metal.
Costos Laborales
Actualmente, las impresoras 3D en metal requieren intervención humana para operar. Dependiendo de la máquina, las tarifas laborales pueden variar de bajas a altas. Los aspectos de seguridad también deben ser considerados según el sistema de impresión utilizado. Por ejemplo, el uso de láseres potentes o polvos metálicos requiere medidas de seguridad. No obstante, la seguridad es más rigurosa en el caso del jetting de metal con aglutinante, un método en el que el cabezal de impresión industrial deposita un agente aglutinante líquido sobre una capa de partículas de polvo. El costo de implementar medidas de seguridad será mínimo.
Costos de Post-Procesamiento de Piezas Impresas
En el post-procesamiento, las piezas se limpian, se eliminan las estructuras de soporte, se añaden recubrimientos u otras mejoras. Los costos asociados varían según el proceso. Por ejemplo, la fusión por lecho de polvo (PFB) requiere estructuras de soporte, y dado que también requieren más material, las piezas pueden ser costosas.
¿Cuánto Cuesta Realmente la Impresión 3D en Metal?
Puedes esperar pagar entre $15 por pieza hasta $800 para modelos más grandes. Al igual que con el costo de un servicio de impresión 3D, el precio de la impresión 3D en metal también depende de factores como el volumen de tu modelo 3D, su complejidad y el tipo de acabado que utilices, en este caso, metal.
Cosas a Considerar Antes de Imprimir en 3D en Metal
Costos de Materiales
Primero debes comprar los materiales necesarios para que la máquina funcione antes de poder imprimir en 3D en metal. Necesitarás diferentes tipos de metales y materiales para diversas máquinas, pero esto seguirá siendo un gasto continuo. Un kilogramo de este polvo cuesta entre $300 y $600, y es utilizado por la mayoría de las impresoras metálicas para crear objetos metálicos. Sin embargo, si estás utilizando una impresora 3D SLM o DMLS, puedes esperar que los costos de material varíen entre $2,000 y $4,000. Puedes utilizar una sola placa de construcción para acomodar hasta 12 partes.
Si planeas fabricar objetos con una impresora 3D, los costos de material variarán, así que asegúrate de incluirlos en tus cálculos por adelantado.
Post-Procesamiento
Las partes metálicas o prototipos son solo el comienzo del proceso de impresión 3D. En el proceso de post-procesamiento, el objeto debe ser limpiado, recubierto y se deben eliminar las estructuras de soporte. Dependiendo del tipo de máquina que compres, manejarás esto de manera diferente. Los objetos para sinterización deben ser calentados en un horno si eliges utilizar una máquina de aglutinante metálico. Las estructuras de soporte se construyen para anclar las partes del lecho de polvo a las placas de construcción, por lo que, cuando la pieza esté completada, deben ser eliminadas.
Estos son algunos ejemplos de técnicas de post-procesamiento estándar y sus costos:
- Alivio de tensiones: $500 a $600 por construcción
- Tratamiento térmico: $500 a $2,000 por construcción
- Eliminación de soporte: $100 a $200 por pieza
- Tratamiento superficial: $200 a $500 por pieza
- Mecanizado CNC: $500 a $2,000 por pieza
Operación y Mantenimiento
Por último, debes considerar el costo de operar y mantener la impresora 3D en metal. Estos dispositivos no pueden encenderse y apagarse sin más. Requieren una configuración extensa y habilidades para operar, por lo que tendrás que contratar a alguien para gestionarlos. Esto significa que necesitarías un operador a tiempo completo si planeas usar la impresora a tiempo completo. Las impresoras 3D en metal tienen una variedad de costos asociados, ¡como es evidente!
Diseño para Impresión 3D en Metal
La impresión 3D en metal requiere una nueva mentalidad y un conjunto específico de reglas de diseño y mejores prácticas. Esta sección te introduce en los principios y herramientas que te ayudarán a aprovechar al máximo tus diseños, incluyendo la optimización topológica.
Consideraciones Clave de Diseño
La fabricación aditiva sigue un conjunto diferente de reglas que la fabricación tradicional. Debido tanto a las libertades como a las limitaciones de diseño únicas, el diseñador debe cambiar su mentalidad.
Los diseños existentes pueden no ser transferibles directamente
Rara vez es factible fabricar partes diseñadas para un proceso tradicional utilizando impresión 3D en metal debido a su alto costo. A menudo es técnicamente imposible reproducir estas geometrías. Se deben evitar secciones más gruesas de 10 mm, por ejemplo, ya que son propensas a deformaciones u otros defectos de fabricación.
La complejidad geométrica es un activo
La complejidad a menudo se considera perjudicial, ya que conduce a costos más altos. Con la impresión 3D en metal, este no es el caso. La clave para aprovechar al máximo los beneficios de la impresión 3D en metal es maximizar el valor añadido que la complejidad geométrica aporta al sistema.
Comienza definiendo los requisitos básicos
Cuando comienzas a rediseñar una pieza o ensamblaje para impresión 3D en metal, generalmente es una buena idea empezar desde cero. De esta manera, puedes evitar estar limitado por nociones preconcebidas. Definir claramente los requisitos del diseño (cargas, condiciones de contorno, peso de la pieza, etc.) es esencial. En la siguiente sección, veremos cómo el software CAD moderno los utiliza para crear estructuras con formas orgánicas.
Siempre usa estructuras de soporte mínimas
Tener una visión clara de cómo estará orientada la pieza en la máquina es una buena práctica. La orientación de la impresión determina la posición y la necesidad de estructuras de soporte. Es responsabilidad del diseñador crear características auto-soportantes, minimizando la necesidad de soporte y asegurando el éxito de la construcción.
El post-procesamiento siempre es necesario
Con la impresión 3D en metal, el post-procesamiento siempre es necesario, independientemente del proceso. Estos pueden ser obligatorios (como la eliminación de soportes en DMLS/SLM o la sinterización en Binder Jetting y Extrusión de Metal) u opcionales (como un paso de mecanizado CNC para lograr tolerancias más estrictas o un tratamiento térmico para mejorar las propiedades del material). Diseñar una pieza para impresión 3D en metal requiere tener en cuenta los requisitos y opciones de post-procesamiento disponibles.
Herramientas y Software de Optimización de Diseño
Los paquetes CAD ofrecen herramientas para aprovechar al máximo la libertad geométrica de la impresión 3D en metal. Puedes crear estructuras similares a orgánicas con estas herramientas de diseño basadas en algoritmos que superan a las piezas construidas utilizando métodos tradicionales. Hoy en día, se pueden usar tres estrategias principales. Dependiendo de los requisitos de diseño, estas estrategias pueden optimizar el rendimiento de los diseños existentes o ser utilizadas para diseñar estructuras completamente nuevas.
Estructuras de reticulado
Un diseño existente puede ser optimizado utilizando un patrón de reticulado. Además de crear piezas ligeras, las estructuras de reticulado pueden aumentar el área superficial de los intercambiadores de calor, reducir los costos de fabricación o mejorar la imprimibilidad de los diseños existentes.
Optimización topológica
Maximizar la rigidez y minimizar la masa se puede lograr mediante la optimización topológica basada en simulación. En la optimización topológica, se determinan las áreas de donde se puede eliminar material analizando el espacio de diseño definido por el usuario y los casos de carga. Basado en los resultados de la simulación, las piezas se pueden diseñar para un rendimiento óptimo bajo estos escenarios de carga.
Diseño generativo
La optimización topológica basada en simulación es una variación del diseño generativo. En lugar de un solo resultado, el diseño generativo produce múltiples opciones de diseño. Los diseños resultantes son todos capaces de ser fabricados y cumplen con los requisitos de diseño. Al explorar diferentes soluciones, el diseñador puede encontrar la más adecuada (por ejemplo, según los compromisos secundarios).
¿Vale la Pena Comprar una Impresora 3D en Metal?
¿Puedes decir con certeza si debes gastar el dinero en una impresora 3D en metal? Depende de cuáles sean tus objetivos. Para averiguarlo, debes encuestar a tus colegas e investigar tus opciones.
Al imprimir piezas metálicas en 3D, puedes dar vida a diseños complejos y apoyar la producción bajo demanda. ¡Esto mejora tu control y flexibilidad en la línea de producción, en otras palabras! Además, la impresión 3D en metal genera menos desechos que los procesos de fresado CNC, reduciendo así los costos a lo largo del tiempo. Las impresoras 3D en metal tienen el inconveniente obvio de ser costosas de usar. Obtener un retorno positivo de la inversión puede llevar un tiempo considerable, así que determina el valor de tu producción antes de invertir. El post-procesamiento casi siempre es necesario también, ya que la impresión no es perfecta. No importa si estás sinterizando o desaglutinando; aún necesitarás añadir algunos toques finales al producto final.
Cómo Reducir los Costos de Impresión 3D en Metal
Hay varias formas de reducir los costos involucrados en la impresión 3D en metal, aunque nunca será un método «barato». Aquí algunos consejos:
Reducir los costos de acabado CNC en impresión 3D en metal
Varias técnicas emergentes están ayudando a reducir el tiempo que tus equipos dedican al acabado CNC. Los estudios muestran que el uso de soportes que se pueden disolver en ácido puede reducir el tiempo de post-procesamiento de días a solo unas pocas horas. También puedes diseñar una forma de eliminar las estructuras de soporte con mayor facilidad utilizando algunos softwares de edición SLM.
Reducir el tiempo de diseño mediante automatización
La belleza de imprimir piezas metálicas en 3D es que pueden ser completamente personalizadas y únicas. Se requeriría un diseñador para construir cada diseño desde cero en el software, lo cual podría llevar muchas horas. Sin embargo, el software de impresión 3D en metal actual puede ayudarte a automatizar muchos pasos de este proceso para aumentar el volumen de piezas que puedes imprimir.
Con la impresión 3D en metal, podrías ser capaz de crear piezas dentales que sean únicas para cada paciente. Este proceso puede acelerarse significativamente si usas software que automatiza el diseño. Casi toda la geometría fundamental de una pieza dental es idéntica; aún tendrás que personalizar ciertos elementos para la boca del paciente, pero la mayor parte del trabajo ya ha sido hecho para ti. La orientación de la pieza, la generación de estructuras de soporte, la colocación y el corte y ajuste se pueden repetir de un diseño a otro. El diseñador puede luego hacer algunos ajustes a un archivo de diseño existente sin tener que reiniciar cada vez.
Al usar software de edición 3D que tenga capacidades de automatización, puedes reducir la cantidad de trabajo rutinario que tus diseñadores 3D necesitan hacer. Las bibliotecas de máquinas y las estructuras de soporte predefinidas permiten acelerar la preparación de datos, diseñar más piezas y, por lo tanto, aumentar tus ganancias mientras reduces tus costos.
Optimiza la impresión 3D en metal
Puedes ahorrar a tu empresa cantidades significativas de dinero y aumentar la productividad optimizando tus procesos de impresión 3D en metal.
La misión de Layers.app es ayudarte a automatizar y mejorar tus procesos de impresión 3D. Al usar nuestro software, puedes automatizar muchos aspectos del diseño, proporcionándote herramientas de impresión 3D en metal potentes y fáciles de usar. Esto libera a los trabajadores especializados de repetir trabajos, permitiéndoles fabricar más piezas más rápidamente.
