Impresión industrial 3D

Nosotros de Würth sabemos de fabricación. A través de nuestro trabajo con las principales organizaciones de fabricación que son usuarios avanzados o están explorando su adopción de la impresión 3D industrial, hemos reconocido que, a menudo, la gente se pregunta cosas similares. Esto es lo que nuestros ingenieros escuchan a menudo en el mercado:

• ¿Qué es la impresión 3D?
• ¿Qué es la impresión 3D industrial?
• ¿Qué piezas puedo hacer en una impresora 3D industrial?
• ¿Cuál es la mejor impresora 3D industrial?
• ¿Cómo se imprime una pieza en una impresora 3D industrial?
• ¿Cuáles son las principales ventajas de la impresión 3D industrial?
• ¿Cómo puedo empezar?

A continuación, explicaremos brevemente cómo abordamos estas cuestiones como socios. Si no quiere leer, sino hablar con una experto, puede solicitar más información

 

¿Qué es la impresión 3D?
He aquí una definición general de la impresión 3D: La impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, es un conjunto de procesos que producen objetos añadiendo material en capas que corresponden a secciones transversales sucesivas de un modelo 3D. Los plásticos y las aleaciones metálicas son los materiales más utilizados para la impresión 3D, pero se puede utilizar casi cualquier cosa, desde el hormigón hasta los tejidos vivos. Aqui hay más.

Hay tres componentes clave para el éxito de una impresión en 3D. Estos son el hardware que fabrica la pieza, el software que permite el diseño especializado de la pieza y los materiales con los que se fabrica, o se imprime, la pieza.

¿Qué es la impresión 3D industrial?
Para simplificar, la impresión 3D "industrial" es un proceso que se utiliza para produzir piezas para un ambiente de manufactura, de fabricación. Hay una multitud de casos de uso, desde simples juntas tóricas y casquillos hasta equipos de protección o partes de un motor.

Hicimos un seminario web sobre cómo las impresoras 3D de nuestro socio Markforged están revolucionando las operaciones de fabricación. 

La lista de piezas que puede imprimir es realmente interminable. Para inspirarse, puede descargar nuestro folleto, 100 casos de uso de Markforged. 

En general, la impresión 3D es una forma excelente de producir prototipos para revisiones conceptuales o pruebas de forma, ajuste y función, pero los ejemplos citados anteriormente son una buena indicación de que se está convirtiendo en un método cada vez más popular para producir piezas "reales". Esto es especialmente interesante cuando los volúmenes son lo suficientemente bajos como para que la fundición y el moldeado no sean rentables, o cuando la complejidad de la pieza prohíbe procesos como el mecanizado.

A menudo nos hacen esta pregunta y la respuesta es, como tantas veces: Depende de lo que quiera hacer con ella. ¿Por qué su organización de fabricación se beneficiaría de una impresora 3D industrial? ¿Qué servicios auxiliares son necesarios para que su programa de fabricación aditiva sea un éxito?

Durante la fase de exploración, nuestros ingenieros 3D trabajan con los clientes para analizar los aspectos clave de sus necesidades de impresión 3D. Nuestro enfoque es una consulta durante la cual queremos ofrecer una solución a medida e individualizada a las organizaciones de fabricación. Al ser muy diferentes, también lo son las soluciones que ofrecemos. Cuando se trata de suministrar piezas, que es por lo que somos conocidos, normalmente queremos entender los siguientes parámetros:

Propiedades de los materiales:

Queremos saber más sobre los materiales específicos que está utilizando y qué parámetros influyen en esa decisión. Los diferentes materiales y procesos de producción de los que dispone Würth Additive Group satisfacen los muy diversos requisitos de las piezas actuales, la mayoría de ellas aptas para un uso prolongado.

Consideraciones sobre el diseño:

En muchos casos, hay poca diferencia entre el diseño de una pieza prototipo y el de una pieza destinada a años de uso. Lo importante es que los diseñadores e ingenieros de productos reconozcan el potencial de la impresión 3D para este uso. La capacidad de crear formas orgánicas y entramados complejos abre posibilidades nunca vistas en la fabricación tradicional.

Cantidades de producción:

A pesar de sus muchas ventajas, la impresión 3D está relegada a cantidades de piezas relativamente pequeñas, lo que limita su uso para la mayoría de las aplicaciones de producción de gran volumen (pero si existen sistemas que permiten una producción de miles de piezas diárias). Por eso, conocer las cantidades adecuadas para las piezas finales es un paso importante para el diseño de cualquier proyecto. Puede ser útil para cualquier cosa, desde una sola pieza de recambio para un automóvil antiguo hasta series de producción bajo demanda de componentes complejos, siempre que la pieza no pueda producirse de forma más rentable mediante métodos de fabricación alternativos.

Entre otros factores, consideraciones como el material, el diseño y las cantidades de producción determinan la solución que mejor se adapta. Würth Additive Group está preparado para apoyar en (casi) cualquier situación en la que un cliente tenga una solicitud que implique la impresión 3D, ya sea como proveedor de piezas, proveedor de servicios, socio para la configuración y el mantenimiento de un parque de máquinas de impresión 3D o agente que facilite la subcontratación de proyectos de impresión 3D altamente complejos.

En un mundo perfecto, hacer una pieza impresa en 3D es tan fácil como imprimir una página en una impresora 2D:

• se edita la pieza que se quiere imprimir en un programa CAD/CAM
• se exporta un archivo .stl y lo envías a la impresora 3D
• la impresora 3D convierte automáticamente el archivo en un objeto imprimible pasándolo por un "cortador"
• hace clic en imprimir, se va y sus piezas están listas al día siguiente

Aunque hay una gran variedad de consideraciones de diseño y mejores prácticas, un usuario de software CAD/CAM especializado será capaz de captarlas rápidamente. Esperamos que un taller de 3 días sea más que suficiente para que los usuarios se familiaricen con nuestros sistemas plug and play, por ejemplo Markforged o Rapid Shape.
Würth Additive Group selecciona sus sistemas por su facilidad de uso para facilitar el proceso de fabricación de una pieza impresa en 3D. Además, nuestros ingenieros y técnicos de 3D ofrecen formación y talleres detallados y están a su disposición, en cualquier parte del camino, para ayudarle en las preguntas que pueda tener.

¿Cuáles son las principales ventajas de la impresión industrial en 3D?

Independientemente del método utilizado, una cosa importante que hay que recordar es que en cualquier proyecto de impresión 3D, la complejidad es libre. Esto crea un sinfín de posibilidades para mejorar el producto. Aligeramiento, montaje simplificado, reducción de los costes de fabricación... la lista de ventajas es extensa. A medida que los diseñadores sigan explorando la impresión 3D, se descubrirán aún más posibilidades para los productos acabados, lo que a su vez generará un crecimiento adicional de la impresión 3D y sus posibilidades.

2. Producción localizada

Somos expertos en la cadena de suministro y hemos comprobado de primera mano que los últimos años no han sido fáciles. Un aspecto clave a tener en cuenta es que la impresión 3D permite a las organizaciones de fabricación localizar su producción, lo que a su vez hace que su cadena de suministro sea más resistente. En lugar de comprar cientos de piezas individuales que son difíciles de encontrar y/o caras, o que tardan una eternidad en llegar, la impresión 3D permite a los fabricantes modernos producir piezas en sus instalaciones. Hay algunos ejemplos clave, uno de ellos son las piezas descatalogadas o las especiales de baja tirada. Disponer de un gemelo digital y ser capaz de imprimir una pieza bajo demanda no sólo libera espacio en el almacén, sino que permite una verdadera fabricación "justo a tiempo". En entornos en los que la logística es un factor de coste importante, esto es especialmente beneficioso.

3. Nuevas capacidades de diseño de piezas e ingeniería de materiales

Para el diseño industrial y la ingeniería, la impresión 3D abre algo a lo que nos gusta referirnos internamente como "la caja de pandora". Con un flujo de trabajo de digital a físico, es posible escanear en 3D, realizar ingeniería inversa e imprimir en 3D una pieza en cuestión de días. Sin embargo, los ingenieros se vuelven rápidamente creativos cuando se dan cuenta de que las limitaciones del diseño industrial "tradicional" no se aplican en campos clave. Ejemplos de ello son la optimización de la topología (piense en el equilibrio de la carga o en los canales de refrigeración internos), las piezas de plástico y metal compuestas y las geometrías muy complejas que son imposibles de conseguir sin la impresión 3D de una pieza. Estas características aportan una serie de ventajas a los usuarios finales.

4. Personalización de piezas y processos

Suponemos que un futuro no muy lejano traerá la personalización a escala. Si pensamos en la impresión 3D como un facilitador del diseño especializado, podemos imaginar fácilmente una situación en la que cualquier cosa que toque una superficie orgánica, como la mano y los pies, estará diseñada específicamente para el usuario. Si bien esto es cierto en la actualidad en campos altamente especializados como la audiología, la odontología y las prótesis, la reducción del coste de los equipos y el aumento del talento de ingeniería disponible dibujan un panorama brillante. Piense en botas de trabajo y equipos de protección personalizados.

5. Reducción de costes

Aunque las impresoras 3D industriales no son en absoluto baratas y la mayoría de los materiales de impresión 3D son altamente especializados, hay ciertos escenarios en los que tener acceso a la impresión 3D o haberla integrado en una operación de fabricación puede suponer una importante reducción de costes. Piense en los escenarios de parada de línea, en los que el mantenimiento, las reparaciones y las operaciones no pueden seguir el ritmo de la demanda de producción interna por factores externos, como los problemas de suministro debidos a que un barco está atascado en un canal.

 

Nos encontramos con que a menudo no son las piezas muy complejas las que paran las líneas de producción, sino que se trata de un problema de disponibilidad. La idea de ofrecer la impresión 3D a nuestros clientes nació de la constatación de que son las piezas difíciles de encontrar y poco suministradas las que causan problemas a los clientes. ¿Por qué no fabricar o imprimir en 3D estas piezas? ¿O apoyar a los clientes en la creación de su propio inventario digital y programas de impresión industrial en 3D? Aunque la lista de beneficios mencionada no incluye en absoluto todos los aspectos, es aquí donde nosotros, como Würth, encontramos que podemos añadir el mayor valor a través de la impresión 3D industrial, sirviendo a nuestros clientes las soluciones más resistentes para la cadena de suministro industrial.

 

Las impresoras 3D industriales pueden revolucionar un negocio, además de reducir los costes y los tiempos de producción. A continuación le explicamos cómo elegir la más adecuada para las necesidades de su empresa.

Si quiere integrar completamente la impresión 3D industrial en su actividad, es recomendable que empiece con un sistema que sea fácil de usar y de introducir, y que tenga un retorno de la inversión demostrable y predecible.

 

 

Nuestros socios Markforged y Rapid Shape son candidatos ideales para ello. Repasemos brevemente nuestro enfoque de trabajo con los clientes. Cuando exploramos la integración de la impresión 3D en una organización de fabricación, empezamos por analizar los procesos de producción y los requisitos de las piezas de nuestros clientes, normalmente mediante una visita in situ. La identificación del coste, los requisitos y el volumen de las piezas dará a nuestro equipo de ingeniería una buena idea de una solución adecuada.
Mientras que Markforged ofrece impresoras 3D industriales con fabricación de filamento fundido de fibra continua (FFF, también llamado modelado por deposición fundida, FDM), Rapid Shape es líder en sistemas de procesamiento de luz directa (DLP).

Hagamos un rápido repaso de las ventajas y desventajas de ambos sistemas. 

La impresión FDM funciona con varios termoplásticos estándar, como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el ácido poliláctico (PLA) y sus diversas mezclas. Esto genera un precio inicial y de material más bajo. El FDM es el más adecuado para los modelos básicos de prueba de concepto y la creación de prototipos de bajo coste para piezas sencillas.

La FDM tiene la menor resolución y precisión en comparación con otras tecnologías de impresión 3D de plástico como la SLA y la SLS. No es la mejor opción para imprimir diseños complejos o piezas con relieves complicados. La obtención de un acabado de alta calidad requiere procesos de pulido químicos y mecánicos que requieren mucho tiempo y trabajo. Algunas impresoras 3D FDM industriales utilizan medios solubles para mitigar algunos de estos inconvenientes y ofrecen una mayor variedad de termoplásticos de ingeniería, pero tienen un precio elevado.

Las impresoras FDM son ideales para formas sencillas, pero la fabricación de diseños complejos o piezas con detalles intrincados supone un esfuerzo en comparación con las impresoras SLA.

Las impresoras 3D de estereolitografía (SLA) utilizan un láser para curar la resina líquida y convertirla en plástico endurecido en un proceso conocido como fotopolimerización. La SLA es uno de los procesos más populares entre los profesionales por su alta resolución, precisión y versatilidad de materiales.

Las piezas realizadas con SLA tienen la mayor resolución y precisión, los detalles más nítidos y el acabado más suave de todas las tecnologías de impresión 3D. La principal ventaja de la SLA reside en su versatilidad. Las formulaciones de resina para SLA ofrecen una amplia gama de propiedades ópticas, mecánicas y térmicas capaces de igualar las de los termoplásticos estándar, industriales y de ingeniería.
La impresión SLA es una opción excelente para prototipos grandes y muy detallados que requieren tolerancias estrechas y superficies lisas, así como para moldes, herramientas, patrones, modelos médicos y piezas funcionales. Esto la convierte en una opción ideal para determinadas aplicaciones de ingeniería y fabricación y ofrece la mayor selección de materiales biocompatibles para aplicaciones médicas y dentales.

La gran versatilidad de la SLA hace que sea ligeramente más cara que la FDM, pero sigue siendo más asequible que cualquier otro proceso de impresión 3D industrial. Las piezas de resina para SLA también requieren un acabado posterior a la impresión, que incluye el lavado de las piezas y el curado posterior.