La fabricación aditiva se ha convertido en una metodología cada vez más popular en los últimos años, a medida que las empresas se han esforzado por aumentar la eficiencia de la producción.
Según Mordor Intelligence, se espera que la industria de la fabricación aditiva crezca hasta los 63.460 millones de dólares en 2026, a medida que la innovación impulse una mayor adopción.
Aunque históricamente los fabricantes han recurrido a diversas técnicas de mecanizado para producir piezas y componentes, algunos fabricantes han ido más allá de este método de producción tradicional. Una de las principales tecnologías que adoptaron fue la fabricación aditiva.
Esta forma de fabricación utiliza diversas técnicas para crear productos añadiendo finas capas de material entre sí, desarrollando un producto final impreso en 3D.
El proceso implica la creación de un diseño asistido por ordenador (CAD) para crear una versión digital del producto deseado. El software forma capas transversales del producto, proporcionando las instrucciones digitales para que las máquinas creen productos en 3D a partir del material preferido (termoplásticos, metales, cerámica, bioquímicos, etc.). Por este motivo, la fabricación aditiva suele denominarse impresión 3D.
Cuando la tecnología se desarrolló por primera vez, se utilizaban formas menos avanzadas de esta técnica para fabricar piezas únicas que sirvieran de guía para el desarrollo de productos, un proceso conocido como prototipado rápido.
Tanto la impresión 3D como la creación rápida de prototipos caen técnicamente bajo el paraguas de la fabricación aditiva y son simplemente técnicas diferentes que incorporan la tecnología de impresión 3D en un entorno industrial. Profundicemos en esta forma de fabricación de productos.
Tipos de procesos de fabricación aditiva
A lo largo de los años, los fabricantes han realizado importantes inversiones en diversas técnicas de fabricación aditiva para fabricar sus productos. Estas diferentes formas de fabricación aditiva incluyen:
Extrusión de material: Aquí, los fabricantes hacen pasar bobinas de un polímero termoplástico a través de una boquilla calentada. A medida que la boquilla se desplaza sobre la etapa/superficie de impresión, extruye polímero fundido en capas a lo largo de la trayectoria dictada por el diseño CAD y el software. Este método se conoce comúnmente como modelado por deposición fundida (FDM) o fabricación con filamento fundido (FFF) en la fabricación aditiva.
Las capas se secan a medida que la boquilla apila con precisión más material, formando finalmente el objeto o producto deseado. En algunos casos, las capas no dependen del control de la temperatura para adherirse y secarse; en su lugar, el proceso puede requerir agentes químicos de unión.
Fusión de lecho de polvo: Este proceso engloba varias técnicas de fabricación aditiva que hacen uso de una fuente de energía intensamente enfocada dirigida a un lecho de material en polvo. Siguiendo las instrucciones del software, la intensa energía funde o sinteriza el material, formando un producto sólido.
Las técnicas de fusión en lecho de polvo incluyen la fusión por haz de electrones (EBM), el sinterizado directo de metal por láser (DMLS), el sinterizado por calor selectivo (SHS) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).
Chorro de aglutinante: Este proceso de fabricación aditiva implica un cabezal de impresión, material en polvo y un agente aglutinante líquido. La impresora se desplaza sobre la capa de polvo, depositando el agente aglutinante líquido sobre la posición del producto.
La plataforma/escenario se eleva, se extiende otra capa de polvo sobre ella y la impresora deposita más agente adhesivo. Al final, el artículo final descansa sólidamente sobre el polvo no utilizado.
Deposición directa de energía: La DED utiliza un láser, un haz de electrones o un arco de plasma para fundir y material a medida que se deposita en la etapa de construcción. Es similar a soldar material para formar un objeto 3D sólido, pero a un nivel más granular.
Fotopolimerización en cuba: Este proceso de fabricación aditiva comprende técnicas de estereolitografía, procesamiento digital de la luz y procesamiento digital continuo de la luz. Consiste en exponer los fotopolímeros a la radiación ultravioleta para solidificarlos. El método más común de fotopolimerización en cuba es la estereolitografía (SLA), que utiliza láseres UV para curar una resina líquida con.
Los fabricantes utilizan espejos para exponer selectivamente diferentes partes de la resina de fotopolímero para curar las capas sucesivas, formando el producto tridimensional deseado.
Laminación de láminas: Engloba la fabricación aditiva por ultrasonidos (UAM) y la fabricación de objetos laminados (LOM). La primera es una técnica de baja energía y baja temperatura que utiliza la soldadura por ultrasonidos para unir capas finas de metal y formar un objeto.
Este último utiliza capas alternas de papel y adhesivo para crear un objeto tangible, que suele hacer hincapié en la estética.
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Ventajas de la fabricación aditiva
Las principales marcas de fabricación de diversas industrias han adoptado la fabricación aditiva en distintos ámbitos de la producción. Esto se debe a que este tipo de producción de artículos proporciona varias ventajas, que difieren significativamente de la fabricación sustractiva tradicional. Estas ventajas incluyen:
Diseños de productos intrincados: Las técnicas de fabricación aditiva permiten a los fabricantes fabricar productos intrincados con facilidad. En el entorno tradicional, las piezas con diseños complejos requerirían normalmente un ensamblaje manual u otras formas de unir las piezas.
La fabricación aditiva es una forma eficaz de producir artículos 3D complejos en una sola tirada utilizando cualquier número de materiales diferentes.
Tiempo de fabricación más rápido: El mecanizado y otras formas de fabricación requieren varias herramientas para fabricar un producto 3D relativamente sencillo, por lo que el tiempo de producción suele ser más largo. Por otro lado, la fabricación aditiva puede crear artículos en una sola tirada con una sola impresora, lo que reduce el tiempo de producción.
Además, la fabricación aditiva requiere un archivo CAD en 3D para iniciar el proceso, a diferencia de la producción tradicional, que requiere una configuración y fabricación de matrices extensas y que requieren mucho tiempo.
Reducción de residuos: El proceso de mecanizado tradicional elimina una cantidad significativa de material de la pieza única original para formar el producto final. Sin embargo, la fabricación aditiva utiliza sólo el material suficiente para crear el objeto, lo que se traduce en unos residuos muy mínimos.
¿Qué campos utilizan técnicas de fabricación aditiva?
Los operarios de diferentes industrias manufactureras utilizan la fabricación aditiva de diversas maneras. Por ejemplo:
Los fabricantes de dispositivos médicos utilizan la impresión en 3D para desarrollar productos de gran variabilidad, como los implantes dentales. Además, se pueden realizar diseños asistidos por ordenador para un paciente concreto, lo que garantiza un ajuste más cómodo.
En la industria del automóvil, las técnicas de fabricación aditiva han ido más allá de la creación rápida de prototipos y ahora se utilizan para construir piezas de automóvil resistentes y ligeras. Como resultado, los coches de gama alta pueden obtener piezas de fibra de carbono más ligeras y resistentes para mejorar su rendimiento.
La industria aeroespacial y de defensa también utiliza la fabricación aditiva para obtener piezas ligeras y resistentes. Al fin y al cabo, los aviones y los transbordadores deben soportar las fuerzas excesivas que se experimentan durante el despegue y el vuelo, y el uso de piezas compuestas impresas en 3D y estratificadas son una gran solución para este uso específico.
Los fabricantes discretos más comunes también utilizan técnicas de fabricación aditiva para desarrollar productos y crear prototipos más rápidamente, reduciendo el tiempo que se tarda en llevar un artículo desde el producto mínimo viable a la producción completa.
Como se ha comentado a lo largo de este post, la fabricación aditiva es claramente una tecnología que proporciona beneficios significativos a través de diferentes casos de uso dependiendo de las necesidades específicas de un fabricante. Tulip trabaja con una serie de fabricantes que utilizan nuestra plataforma de operaciones de primera línea para ayudar a rastrear y gestionar la producción de artículos impresos en 3D a través de granjas de impresión utilizadas por Formlabs y fabricantes de equipos originales como Stratasys.
Al aprovechar una plataforma como Tulip, los fabricantes que utilizan tecnología de impresión 3D pueden guiar a los operarios con flujos de trabajo digitales, conectar y visualizar los datos generados por las impresoras 3D, realizar un seguimiento de los estados de producción en tiempo real e identificar las fuentes de los problemas de calidad para impulsar la mejora continua.
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