Fonseca 6842 Procesos Consulta 3d.docx

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PROCESOS DE MANUFACTURA

Consultas sobre métodos 3D

1. DATOS GENERALES: NOMBRE:

CODIGO(S):

Luis Alejandro Fonseca Esparza

6842

GRUPO No.: “A”

FECHA DE ENTREGA: 01/02/2019

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO 1. La estereolitografía La estereolitografía se considera como el origen de los procesos de impresión 3D, con el primer equipo patentado en 1984 por Charles Hull y la primera máquina comercial desarrollada por 3D Systems en 1988. ¿Qué hay detrás de esta técnica? Este proceso, conocido como SLA (estereolitografía), utiliza el principio de fotopolimerización para crear modelos 3D a partir de resinas sensible a los rayos UV. Esto se solidifica mediante el paso de una láser capa por capa, dotando con esto de mayor calidad a los modelos hechos con estas tecnologías. Desde un punto de vista histórico, la estereolitografía se considera como el proceso detrás de la impresión 3D, algunos días antes del estadounidense, un trío de investigadores franceses compuesto por Jean-Claude André, Olivier de Witte y Alain le Méhauté imaginaron una patente similar en nombre del grupo Alcatel, una patente que desde entonces ha caído en desuso. Las impresoras 3D SLA se caracterizan por su material de impresión líquido y por la presencia de una cubierta de protección UV (generalmente naranja, verde, rojo o amarillo). Ofrecen un volumen de producción relativamente pequeño en comparación con otras tecnologías de impresión, incluso algunas máquinas como la Mammoth de Materialise pueden producir piezas de más de 2 metros.

¿Cómo funciona la impresión 3D por estereolitografía? Al igual que con cualquier técnica de impresión 3D, se requiere un archivo digital en 3D. Esto se puede obtener a través del software CAD (SolidWorks, Sculpt o Maya, por ejemplo). Este archivo, a menudo en formato STL, se envía a la máquina, donde un segundo software (llamado slicer) realiza un corte del modelo en capas delgadas de impresión de un espesor fijo. Y dfinalmente se le da la orden a la impresora de comenzar a imprimir. Entre los diversos componentes de una máquina de estereolitografía se encuentran una bandeja de resina, una plataforma móvil (eje Z), un sistema de raspado (eje X), un láser UV, óptica de enfoque y un espejo galvanométrico (ejes X e Y). El rayo láser barre la superficie de la resina líquida de acuerdo con el modelo 3D digital suministrado a la impresora. Una vez que la primera capa de material solidificado, la plataforma desciende un nivel, que corresponde al grosor de una capa de impresión, y una nueva sección se solidifica. Hay tantos ciclos de impresión como capas hay para obtener el volumen completo de la pieza.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO En algunos modelos de máquinas SLA (como en Formlabs, por ejemplo), la producción de la pieza se realiza en reversa. La plataforma se sumerge en la bandeja de resina después de cada capa solidificada mientras que el láser actúa de abajo hacia arriba.

La tecnología SLA utiliza un material en forma de resina líquida fotosensible Después de terminar la impresión, pasamos a la etapa de limpieza con un disolvente (generalmente alcohol isopropílico también conocido como isopropanol), esto es necesario para eliminar el exceso de resina no solidificada. A diferencia de otras técnicas tales como la sinterización selectiva por láser (SLS), la Deposición de Material Fundido (FDM) y la impresión PolyJet 3D, se requiere un postprocesamiento para finalizar el proceso de fotopolimerización y conseguir la maximiza fuerza del material. Al igual que con la tecnología FDM, la estereolitografía utiliza el uso de soportes al imprimir formas complejas. En forma de andamios, que permiten soportar las partes que se precipitan en el vacío. Estos soportes son eliminados con facilidad durante el postproceso de los modelos. La tecnología de estereolitografía ofrece un acabado superficial ligeramente vítreo, pero generalmente es superior a los procesos FDM o SLS (con el mismo espesor de capa). No es raro que las diferentes capas de impresión sean apenas visibles. Sin embargo, pocos colores están disponibles en SLA. 2. FDM o modelado por deposición fundida.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO En 3Dnatives queremos que conozcas todas las técnicas de impresión 3D. Después de presentarte el sinterizado selectivo por láser, hoy explicamos la principal tecnología detrás de las impresoras 3D de escritorio, el modelado por deposición fundida. Esta tecnología, más conocida como FDM de las siglas en inglés Fused Deposition Modeling (también FFF Fused Filament Fabrication, fue desarrollada por S. Scott Crump a finales de 1980 y comercializada en 1990 por Stratasys (EE.UU.), una empresa de la cual él fur parte de su fundación. Otro año clave para esta tecnología es 2005, cuando el profesor Adrian Browyer inició el proyecto RepRap, el movimiento mundial detrás de la auto-replicación de impresoras 3D de código abierto. Funcionamiento de la impresión 3D por deposición fundida Esta técnica es considerada a menudo el método existente más sencillo. La tecnología de modelado por deposición fundida o FDM se basa en 3 elementos principales: una placa/cama de impresión en la que se imprime la pieza, una bobina de filamento que sirve como material de impresión y una cabeza de extrusión también llamada extrusor. En resumen, el filamento es succionado y fundido por el extrusor de la impresora 3D, que deposita el material de forma precisa capa por capa sobre la cama de impresión La impresión 3D comienza cuando la maquina alcanza una temperatura alrededor de los 200°C, necesaria para la fusión del material. Entre los materiales de impresión 3D más populares en la deposición por fusión se encuentran el PLA (ácido poliacético) y el ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno). Una vez que se calienta la máquina, se extruye un filamento de material de 1,75 mm o 2,85 mm de diámetro sobre la plataforma a través de una boquilla que se mueve sobre 3 ejes x, y y z. La plataforma desciende un nivel con cada nueva capa aplicada, hasta que se imprima el objeto. Durante la impresión, se pueden utilizar soportes para mejorar la calidad de ciertos modelos. Su función es apoyar las partes sobresalientes del modelo 3D, ya que hay ciertos modelos que sin apoyo es muy difícil que consigan ser impresos. Estos soportes pueden estar hechos del mismo material que el objeto impreso o en un material que sea soluble en agua o limoneno por ejemplo. Aunque es más complicado de manejar, algunas impresoras 3D están equipadas con varios extrusores para combinar varios colores o materiales (materiales de soporte en general).

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO Placa o mesa de impresión de una Zortrax M200. Con la impresión 3D con soportes del célebre justiciero. Materiales compatibles con el modelado por deposición fundida La impresión 3D de depisición fundida es compatible con una amplia variedad de polímeros termoplásticos: PLA y ABS, y también de policarbonato como, PET, PS, ASA, PVA, nylon, ULTEM y muchos filamentos compuestos que estén basados en metal, piedra, madera. Esto ofrece interesantes propiedades mecánicas tales como conductividad, biocompatibilidad, resistencia a temperaturas o condiciones extremas, por mencionar algunos. Al reemplazar el extrusor de la impresora 3D con un sistema de jeringa, también es posible crear piezas de cerámica, arcilla o materiales alimenticios (como jarabe o chocolate). Para dar una idea del precio de los consumibles para impresoras 3D, un carrete de 1kg de filamento PLA es de unos 35 €.

3. ¿Qué es material jetting?

Material Jetting (MJ) es un proceso de fabricación aditivo que funciona de manera similar a las impresoras 2D. En el chorro de material, un cabezal de impresión (similar a los cabezales de impresión utilizados para la impresión por inyección de tinta estándar) dispensa gotitas de un material fotosensible que se solidifica bajo luz ultravioleta (UV), formando una parte capa por capa. Los materiales utilizados en MJ son fotopolímeros termoestables (acrílicos) que vienen en forma líquida. MJ 3D Printing crea piezas de alta precisión dimensional con un acabado de superficie muy suave. La impresión de materiales múltiples y una amplia gama de materiales (como materiales similares a ABS, similares a goma y completamente transparentes) están disponibles en Material Jetting. Estas características hacen de MJ una opción muy atractiva tanto para prototipos visuales como para la fabricación de herramientas . Sin embargo, la inyección de material tiene algunas limitaciones clave que presentamos en este artículo. Una variación del proceso MJ utiliza los cabezales de impresión Drop-On-Demand (DOD) para dispensar líquidos viscosos y crear piezas similares a la cera. Sin embargo, el DOD se usa casi

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO exclusivamente para la fabricación de modelos de fundición de inversión y, por esta razón, no lo discutiremos más aquí.

El proceso de impresión 3D Material Jetting.

¿Cómo funciona Material Jetting? Así es como funciona el proceso de impresión MJ: I.

Primero, la resina líquida se calienta a 30 - 60 o C para lograr una viscosidad óptima para la impresión.

II.

Luego, el cabezal de impresión se desplaza sobre la plataforma de construcción y cientos de pequeñas gotas de fotopolímero se inyectan en los lugares deseados.

III.

Una fuente de luz UV que se adjunta al cabezal de impresión cura el material depositado, solidificándolo y creando la primera capa de la pieza.

IV.

Una vez que se completa la capa, la plataforma de construcción se mueve hacia abajo una altura de capa y el proceso se repite hasta que se completa la parte completa.

A diferencia de la mayoría de las otras tecnologías de impresión 3D, MJ deposita el material de una manera inteligente. Múltiples cabezales de impresión de inyección de tinta están unidos al mismo portador y material de depósito en toda la superficie de impresión en una sola pasada. Esto permite que diferentes cabezales dispensen diferentes materiales, por lo que la impresión de múltiples materiales, la impresión a todo color y la dispensación de estructuras de soporte solubles es sencilla y ampliamente utilizada. Las estructuras de soporte siempre son necesarias en la inyección de material y necesitan ser eliminadas después del procesamiento.

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Esquema de una impresora 3D Material Jetting

4. Sobre Fabricación Aditiva Polvo de cama de fusión Los métodos de fusión de lecho de polvo (PBF) utilizan un láser o un haz de electrones para fundir y fusionar el polvo del material. Los métodos de fusión por haz de electrones (EBM) requieren un vacío, pero se pueden utilizar con metales y aleaciones para la creación de piezas funcionales. Todos los procesos de PBF implican la difusión del material en polvo sobre las capas anteriores. Hay diferentes mecanismos para habilitar esto, incluyendo un rodillo o una cuchilla. Una tolva o un depósito debajo de la cama proporciona un suministro de material nuevo. La sinterización directa por láser de metal (DMLS) es igual a la SLS, pero con el uso de metales y no de plásticos. El proceso sinteriza el polvo, capa por capa. La sinterización por calor selectiva se diferencia de otros procesos por el uso de un cabezal de impresión térmico calentado para fusionar el material en polvo. Como antes, las capas se agregan con un rodillo entre la fusión de capas. Geometrías complejas con electrón beam melting Muchas son las técnicas empleadas en la fabricación aditiva, dependiendo del proceso empleado o del tipo de materiales que precisemos utilizar. En algunas ocasiones, por ejemplo, en el entorno industrial, es necesario fabricar piezas metálicas, y es entonces cuando entran en juego técnicas tan innovadoras como la fusión o sinterizado de polvo metálico por haz de electrones o Electron Beam Melting. Se trata de una tecnología que permite construir piezas geométricamente complejas, y que guarda gran similitud con el sinterizado selectivo por láser, pero en el que, la fuente energética es más potente. Además, el proceso tiene lugar en una cámara a alta temperatura lo que, unido a las altas temperaturas del proceso (temperaturas de hasta 1000 ° C), permite conseguir unas características excelentes para los componentes que, además, no requieren tratamientos térmicos posteriores en muchos casos.

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El equipo ARCAM Q10 de Mizar para tecnología EBM

¿Cómo es el proceso de fabricación aditiva con polvo metálico? La fabricación aditiva mediante EBM comienza con la deposición de una fina capa de polvo metálico distribuida en la cámara de impresión. Entonces, un haz de electrones enfocado por la acción de unas bobinas electromagnéticas, incide sobre la superficie del polvo metálico en varias zonas de modo simultáneo fundiendo una sección transversal del objeto. Por ello, utilizando la técnica EBM es posible la construcción de varias partes del objeto al mismo tiempo, mejorando notablemente los tiempos de impresión empleados. Una vez finaliza esta capa, se extiende sobre ella una nueva capa de polvo metálico y, el haz de electrones repite el anterior proceso. De este modo, capa tras capa, se completa la pieza. Una vez terminada se deja enfriar y se retira el material sobrante, el exceso de polvo que queda sin solidificar alrededor de la pieza, que puede ser reciclado para otras impresiones.

Conjunto fabricado en polvo de titanio por EBM El polvo metálico empleado en el proceso EBM puede estar compuesto por una amplia gama de aleaciones, como las aleaciones de cobalto, las aleaciones de níquel o las de titanio.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO Por ello, las piezas fabricadas mediante la tecnología EBM son aptas en infinidad de aplicaciones, aun en ambientes corrosivos o en condiciones de temperaturas extremas de trabajo. A pesar de tratarse de un proceso más rápido que otras alternativas aditivas, debido a la mayor densidad de energía proporcionada por el haz de electrones y a la capacidad de procesar varias áreas simultáneamente, las aplicaciones más comunes son la fabricación de piezas en pequeñas series o los prototipos funcionales. Por otro lado, la calidad de las piezas construidas por este proceso en materiales metálicos muy resistentes, hacen del sector de la industria médica un referente de aplicación en implantes quirúrgicos u ortopédicos personalizados. 5. El sinterizado laser selectivo En esta entrada se va a tratar la tecnología de fabricación de piezas mediante el sinterizado de polvo de materiales plásticos. esta tecnología se engloba dentro de las que se conocen como powder bed fusion, según la denominación de la iso 17296, que se caracterizan por sinterizar o fundir un lecho de polvo. El sinterizado laser selectivo se basa en la aplicación de calor por medio de un láser sobre una superficie homogeneizada de polvo del material; a diferencia de las máquinas de SLA (más detalle sobre SLA aquí), lo que se consigue con el láser en este caso son elevadas temperaturas en zonas localizadas del lecho de polvo de manera que los granos se funden creando una película continua que al descender la temperatura solidifica constituyendo cada capa de nuestra pieza.

El sinterizado laser selectivo se basa en la aplicación de calor por medio de un laser sobre una superficie homogeneizada de polvo del material El pegado entre capas se consigue debido a que la influencia del calor del laser afecta tanto a la capa que se está fabricando como a las inmediatamente inferiores, fundiéndolas también y pegándose entre ellas al enfriarse.

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Las máquinas de SLS disponen de dos cámaras, una para construir la pieza, llamada cámara de construcción, y otra para almacenado y alimentación de polvo, llamada cámara de alimentación. Sobre la superficie de la cámara de construcción se genera cada capa y una vez que se acaba de fabricar, la cámara de construcción se realimenta con el polvo procedente de la cámara de alimentación mediante un rastrillo que además sirve para homogeneizar y dar planitud a la superficie de la cámara de construcción. El sinterizado selectivo láser posee la ventaja de poder fabricar las piezas sin necesidad de estructuras de soporte Una de las ventajas del SLS con respecto a otras tecnologías es la ausencia de soporte ya que la pieza se soporta directamente por rozamiento y cohesión con el polvo que le rodea lo que dota a los diseñadores de libertad total de diseño. El acabado de las piezas de SLS suele tener una rugosidad superficial elevada si no se le realiza ningún pos proceso y las precisiones son comparables a las obtenidas en SLA. Los ratios de producción de las máquinas profesionales pueden llegar a los 3 litros a la hora con unos espesores de capa que oscilan entre las 80 y las 150 micras.

Entre los materiales más empleados se encuentran las Poliamidas (nylon) PA11 y PA12; también se emplean poliestyrenos así como algunos elastómeros. Las piezas finales poseen buenas características mecánicas y una mayor homogeneidad comparadas con las piezas de FDM ya que son en principio totalmente macizas. Entre sus usos más extendidos se encuentra el prototipado sin embargo la mejora de los materiales está permitiendo el uso de esta tecnología para la producción de piezas finales.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO Bibliografía       

https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-material-jetting-3d-printing https://www.3dnatives.com/es/modelado-por-deposicion-fundida29072015/ https://www.3dnatives.com/es/impresion-3d-por-estereolitografia-les-explicamos-todo/ https://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadditivemanufacturing/p owderbedfusion/ http://mizaradditive.com/diccionario-la-fabricacion-aditiva-electron-beam-melting/ https://www.3dnatives.com/es/sinterizado-selectivo-por-laser-les-explicamos-todo/ https://eddm.es/blog-ingenius/sinterizado-laser-selectivo-sls/