Impresión 3D: Todo lo que debes saber
La impresión 3D permite fabricar objetos creando elementos capa a capa. Este enfoque tiene muchas ventajas sobre los métodos de producción convencionales (por ejemplo, el mecanizado CNC), las más importantes de las cuales se exponen en este artículo para la industria en su conjunto.
Es poco probable que la impresión 3D sustituya a muchos procesos de producción convencionales, pero hay muchos usos en los que una impresora 3D profesional es capaz de producir un prototipo rápidamente y con gran precisión a partir de un material práctico, con lo que los servicios de impresión 3D serán cada vez más accesibles tanto para grandes como pequeñas empresas e, incluso para el consumidor común que busca crear una pieza, una maqueta, prototipo, decoración, y en general, la imaginación es el límite.
Comprender las ventajas de la impresión 3D permite a los fabricantes tomar mejores decisiones a la hora de seleccionar el proceso de producción y les permite producir un resultado óptimo
Velocidad e impresión 3D
Una de las principales ventajas de la fabricación aditiva es la velocidad a la que se pueden fabricar las piezas en comparación con los métodos de fabricación convencionales. Los prototipos complejos pueden descargarse de un modelo CAD e imprimirse en cuestión de horas. La ventaja de este método es la rápida verificación y creación de conceptos para la arquitectura.
Mientras que en el pasado un proyecto podía llevar días o incluso semanas, la fabricación aditiva pone el producto en manos del fabricante en cuestión de horas. Aunque los dispositivos industriales de fabricación aditiva tardan más en imprimir y postprocesar los componentes, la capacidad de producir piezas finales utilizables con rendimientos bajos o medios ofrece un inmenso ahorro de tiempo con respecto a las técnicas de fabricación convencionales (a menudo el tiempo de entrega de una sola matriz de moldeo por inyección puede ser de varias semanas).
Fabricación en una sola etapa
Uno de los principales retos para el diseñador es cómo fabricar una pieza de la forma más eficiente posible. La mayoría de las piezas requieren un número importante de pasos de fabricación para ser producidas con la tecnología convencional. El orden en que se producen estas fases influye en la eficacia y la capacidad de producción del diseño.
Consideremos el ejemplo de un soporte de acero hecho a medida y fabricado con métodos de producción convencionales:
Al igual que la fabricación aditiva, el proceso comienza con el modelo CAD. Una vez finalizado el pliego de condiciones, el proceso de montaje comienza con el primer corte de los perfiles de acero que se van a formar. A continuación, los perfiles se sujetan en su lugar y se sueldan uno a uno para formar el soporte. A menudo, hay que hacer una plantilla a medida para garantizar que las piezas coincidan perfectamente. A continuación, las soldaduras se pulen hasta conseguir un acabado superficial duro. Los siguientes agujeros se perforan para poder colocar el soporte en la pared. Por último, la montura se lija, se lija y se termina para mejorar su aspecto.
Las impresoras 3D profesionales lo hacen en un solo paso, sin ninguna interacción del operador del sistema durante todo el proceso de fabricación. Si se ha finalizado el borrador CAD, se puede enviar al ordenador e imprimir en un solo paso en cuestión de horas.
La posibilidad de fabricar un componente en una sola fase reduce en gran medida la necesidad de utilizar varios métodos de producción (mecanizado, soldadura, pintura) y proporciona al fabricante un mayor control sobre el producto acabado.
Costes de fabricación
Los costes de fabricación pueden dividirse en tres categorías: costes de mantenimiento de la maquinaria, costes de material y costes de mano de obra.
Costes de funcionamiento de una impresora 3d: Muchas impresoras 3D de sobremesa utilizan la misma cantidad de energía que un ordenador portátil. Los procesos industriales de fabricación aditiva utilizan un gran volumen de energía para fabricar un solo componente. Sin embargo, la capacidad de generar geometrías complejas en un solo paso permite aumentar el rendimiento y los plazos de entrega. El coste de funcionamiento de un ordenador es generalmente el más bajo en términos de coste total de producción.
Costes de material: El coste de los materiales para la fabricación aditiva varía considerablemente en función de la tecnología. Las impresoras 3D FDM profesionales utilizan bobinas de filamento que cuestan unos 25 euros por kilo, mientras que la impresión SLA utiliza resina que se puede adquirir a unos 150 euros por litro. La variedad de materiales utilizados en la impresión 3D hace que sea imposible compararla con los métodos de fabricación convencionales. El polvo de nailon utilizado en la SLA cuesta unos 70 euros por kg, mientras que los gránulos de nailon equivalentes utilizados en el moldeo por inyección pueden obtenerse por sólo 2-5 euros por kg. El coste de los materiales es, por tanto, el principal factor que contribuye al gasto de un producto fabricado mediante un proceso de fabricación aditiva.
Costes laborales: Una de las principales ventajas de la impresión 3D es el bajo coste de la mano de obra. Aparte del posprocesamiento, la mayoría de las impresoras 3D sólo requieren que el usuario pulse un botón. A continuación, el ordenador sigue un método totalmente automatizado para fabricar la pieza. En comparación con la fabricación convencional, en la que suelen ser necesarios maquinistas y operarios altamente cualificados, los costes laborales de una impresora 3D son casi nulos.
La fabricación aditiva de bajo volumen es muy competitiva en precio con la producción convencional. Para el desarrollo de prototipos que validen la forma y el ajuste, es considerablemente más barato que otros métodos de fabricación alternativos (por ejemplo, el moldeo por inyección) y también es competitivo para la producción de piezas únicas convencionales. Los métodos de fabricación estándar se vuelven más rentables a medida que aumenta el volumen y los altos costes de preparación se justifican por las grandes cantidades de producción.
Mitigación de riesgos Pedir una muestra defectuosa cuesta tiempo y recursos al fabricante. Las pequeñas mejoras en el molde o en el proceso de producción también pueden tener un efecto financiero significativo.
Poder verificar el diseño imprimiendo una versión lista para la producción antes de invertir en costosa maquinaria de fabricación (por ejemplo, moldes o máquinas y plantillas) reduce el riesgo durante el proceso de creación de prototipos. Esto genera confianza en el propio diseño antes de realizar las grandes inversiones necesarias para la producción en serie.
Complejidad y libertad de diseño
En general, las limitaciones impuestas a lo que se puede conseguir con la fabricación convencional no se aplican a la impresión 3D. Dado que las piezas se ensamblan en una sola capa a la vez, no existen criterios de construcción como el diseño de las esquinas, el giro y el acceso a las herramientas cuando se diseñan piezas para la fabricación aditiva.
Aunque existen algunas limitaciones en cuanto a las características de tamaño mínimo que pueden imprimirse correctamente, la mayoría de los inconvenientes del centro de fabricación aditiva son la orientación óptima de la impresión para minimizar la dependencia de los medios y la probabilidad de que la impresión falle. Esto da a los diseñadores una gran flexibilidad arquitectónica y permite la construcción de geometrías muy complicadas.