Impresión 3D: Conceptos básicos

Transcripción

1 Impresión 3D: Conceptos básicos Advanced Lead Engineer GE Power Controls Iberica S.L. COIIM 17 Marzo 2014

2 Impresión 3D Índice 1.Conceptos 2.Algunas Tecnologías Disponibles 3.Ejemplos de Aplicaciones 2

3 Impresión 3D Estamos hablando de Imprimir? 1. tr. Marcar en el papel o en otra materia las letras y otros caracteres gráficos mediante procedimientos adecuados. 2. tr. Confeccionar una obra impresa. 3. tr. Estampar un sello u otra cosa en papel, tela o masa por medio de la presión. 4. tr. Fijar en el ánimo algún afecto, idea, sentimiento, etc. 5. tr. Dar una determinada característica, estilo, etc., a algo. 6. tr. ant. Introducir o hincar con fuerza algo en otra cosa. O de Fabricar? 1. tr. Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos. 2. tr. Construir un edificio, un dique, un muro o cosa análoga. 3. tr. elaborar. 1. tr. Transformar una cosa u obtener un producto por medio de un trabajo adecuado. 2. tr. Idear o inventar algo complejo. 4. tr. Hacer, disponer o inventar algo no material. 3

4 Impresión 3D Por qué entonces todo el mundo habla de Impresión 3D? Algunas tecnologías / máquinas se asemejan funcionalmente a una impresora doméstica Se consigue acercar a todo tipo de público el concepto: todo el mundo sabe lo que es una impresora Se genera un movimiento global sobre cómo van a cambiar nuestras vidas gracias a este nuevo descubrimiento Pero No todas las tecnologías y/o máquinas se parecen a, o funcionan como una impresora doméstica Desde luego no todas cuestan como una impresora Se genera confusión entre las capacidades de las distintas tecnologías disponibles y entre los distintos rangos de productos: doméstico o profesional Se habla de la impresora, pero no se habla del ordenador y de qué contenidos vamos a imprimir 4

5 Impresión 3D Fabricación Aditiva Es la obtención de un modelo físico directamente del modelo 3D asociado Este modelo 3D puede provenir de distintas fuentes, pero generalmente todas ellas tienen que transformarlo en un modelo STL Se han usado distintos nombre para hacer referencia a este único concepto de fabricación: direct manufacturing, direct fabrication, digital manufacturing, rapid prototyping, Ahora mismo se usan básicamente los nombres de impresión 3D o Fabricación Aditiva (AM) 5

6 Impresión 3D AM La impresión 3D abarca distintos tipos de tecnologías de construcción por capas (LMT), básicamente Los posibles materiales van desde polímeros, plásticos, ceras, hasta metales con características idénticas a los obtenidos por otros medios Su gama de aplicaciones es muy amplia y va desde el prototipo meramente conceptual a la pieza final Pueden aportar ventajas competitivas en el proceso de diseño y en la fabricación de piezas especialmente complicadas únicas o en series cortas (personalización) 6

7 Impresión 3D AM La idea de descomponer una realidad física en capas, para después poder reconstruirla en otro sitio no es nueva, y es aparentemente sencilla de entender Y al decir que la idea no es nueva, realmente queremos decir que no es nueva Fabricación Aditiva por capas 7

8 Impresión 3D AM Industrialmente tampoco es algo que haya aparecido hace un par de años Viendo el video nos damos cuenta de que no se ha avanzado tanto en su adopción como se esperaba Charles Hull: Inventor estereolitografía (3D Systems) en Good Morning America

9 Impresión 3D AM Un proceso general 9

10 Impresión 3D AM: Tecnologías Estereolitografía (SLA) Se construye la pieza en un depósito llenos de resina líquida que se desplaza verticalmente La resina se polimeriza con el láser que dibuja la sección Ventajas: Exactitud y acabado superficial Variedad de materiales Desventajas No es muy de oficina Coste total: adquisición, mantenimiento, inmovilizado, Post-procesado 10

11 Impresión 3D AM: Tecnologías Sinterizado láser (SLS, DMLS) La pieza se construye en un recipiente lleno de material en polvo que se desplaza verticalmente Este polvo se funde mediante el láser Ventajas Materiales totalmente funcionales, en plásticos y metales Desventajas Coste total: precio, mantenimiento, inmovilizado, Post-proceso Lentitud (del proceso completo) Exactitud y acabado superficial No para oficina 11

12 Impresión 3D AM: Tecnologías Deposición hilo fundido (Fused Deposition Modeling - FDM): No usa láser El modelo se construye sobre una bandeja vacía Realmente sí se parece a una impresora en 3D Ventajas: Materiales muy funcionales Rango de equipos disponibles Desventajas: Exactitud y acabado superficial Lentitud Post-proceso El ABS se extruye, no se inyecta 12

13 Impresión 3D AM: Tecnologías Impresión 3D a colores No usa láser, sino inyectores de tinta estándar Se construye la pieza en un lecho de material en polvo Combinamos distintos líquidos aglutinantes para conseguir cualquier color Ventajas: Color Rápido y barato Desventajas Acabado superficial y exactitud Rango de materiales limitado No de oficina Post-proceso 13

14 Impresión 3D AM: Tecnologías Inyección de resina líquida (3D Systems MJM Multi Jet Modeling) No usa láser: se polimeriza la resina con luz La pieza se construye en una bandeja vacía (parece una impresora en 3D) Ventajas Exactitud y acabado superficial Rango de equipos Desventajas Rango de materiales limitado en cuanto a propiedades Post-proceso 14

15 Impresión 3D AM: Tecnologías Inyección de resina líquida (Objet / Stratasys Polyjet) No usa láser: la resina se polimeriza con luz Se construye el modelo en una bandeja vacía Ventajas Exactitud y acabado superficial Rango de equipos Desventajas Propiedades mecánicas y térmicas limitadas 15

16 Impresión 3D AM: Tecnologías Inyección de resina líquida multimaterial (Objet / Stratasys Polyjet Matrix) Piezas de distintos materiales construidas a la vez Piezas conteniendo más de una material Piezas con materiales compuestos Polyjet Matrix 16

17 Impresión 3D AM: Tecnologías Algunos aspectos a considerar Tenemos que tener claro que es lo que buscamos o necesitamos de la impresión 3D. No hay una tecnología que sea perfecta para todas las aplicaciones El precio de adquisición solo es una parte de todo lo que tenemos que considerar: mantenimiento, recambios, materiales (precio y gama, ) Construir una pieza es mucho más que el propio proceso de construcción: costes ocultos y post-proceso Considerar aspectos como el servicio post-venta que se ofrece: hay muchas máquinas por ahí que están paradas, por falta de técnicos cualificados, por recambios que se tienen que comprar en el extranjero, 17

18 Impresión 3D AM: Tecnologías Algunos aspectos a considerar Tolerancias, exactitud, en los folletos no suelen ser muy exactos : tomarlos más bien como una indicación y hacer pruebas en base a un ejemplo concreto, o con una pieza patrón La mejor manera de asegurar unas tolerancias antes de fabricar, es tener estudiada esa pieza particular: orientación, colocación en la bandeja, etc El datos numérico más exacto de los folletos suele ser el alto de capa, que tiene una influencia evidente en la capacidad de realizar modelos con mayor o menor exactitud 18

19 De manera general, cualquier empresa que diseñe/desarrolle productos, puede beneficiarse del uso de la impresión 3D /AM Favorece la llegada al mercado más rápidamente y con mayor innovación (mejor comunicación: mejor entendimiento entre todo el equipo) Ayuda a reducir costes de desarrollo (mejor comunicación: reduce errores) Fomenta la creatividad Ayuda a reducir el paso a la producción: preseries, moldes prototipo, Las distintas aplicaciones en una empresa cubren todo el ciclo de diseño/desarrollo, desde las pruebas y validaciones más conceptuales, hasta la fabricación 19

20 Las aplicaciones se extienden a campos como: medicina, industria del entretenimiento, educación, restauración artística Es fuente también de nuevos modelos de negocio, como la impresión a la carta personalizada, la reproducción de piezas únicas, etc La mejor manera de descubrir nuevos usos que nos sean interesantes es usando y probando 20

21 Validación de diseños y ensamblajes (funciones y dimensiones) Validar el encaje de las piezas Usar las piezas para probar un ensamblaje más completo Validar capacidad de montar y desmontar Poder hacer ensayos 21

22 This image cannot currently be displayed. This image cannot currently be displayed. Impresión 3D AM: Aplicaciones Ergonomía Aunque existen softwares específicos, nada puede sustituir a la validación sobre una pieza física 22

23 Piezas funcionales 23

24 Piezas con características especiales Resistencia a Impacto y Aislamiento de Vibraciones Juntas de Sellado, Tapones Soft Touch y Overmolding 24

25 This image cannot currently be displayed. Impresión 3D AM: Aplicaciones Moldes de silicona La pieza se usa como patrón para el molde Para series cortas Se obtienen piezas con características muy similares a material final Termoconformado Ejemplo: aplicaciones de packaging Se usa la pieza como molde, si tiene la suficiente calidad superficial y nivel de detalle 25

26 Inyección con moldes de resina plástica Opción muy económica y rápida para pequeñas series: validación, ensayos, etc Cuidado con las necesidades de proceso de nuestro plástico a inyectar (temperatura) 26

27 Moldes metálicos (insertos) 27

28 Moldes metálicos (insertos) con canales conformales: Mejora del proceso de inyección para piezas complejas 28

29 Moldes metálicos (insertos) con canales conformales Sin enfriamiento Con enfriamiento Tiempo medio: 152 s Tiempo medio: 6.43 s Temperatura Max. 138ºC Temperatura Max. 79ºC Deformación Max. 0,25 mm Deformación Max. 0,1mm 29

30 Fabricación de piezas finales de alto valor añadido Las aplicaciones se centran en piezas muy especiales con un altísimo valor añadido y que se vayan a fabricar en series no muy grandes Principalmente la aplicación del AM se suele centrar en Unir funciones de varias piezas en una sola Diseñar nuevas funcionalidades 30

31 Fabricación de piezas finales de alto valor añadido El sector que parece que más decididamente está apostando por esta posibilidad es la aviación GE Printing Engine Fuel Nozzles Propels $6 Billion Market: Tech GE Turns to 3D Printers for Plane Parts 31

32 Rakes o peines de intrumentación Pieza fabricada mediante DMLS de Inconel Acabado pulido Fabricada de una única pieza 32

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34 Utillajes para ensamblaje y fabricación Posibilidad de imprimir dispositivos a medida de cada caso: reducir errores de montaje aumentando la velocidad Dispositivos para posicionar piezas, para fabricación o para ensayos 34

35 Utillajes para ensamblaje y fabricación Diseñamos y fabricamos de manera rápida el utillaje más adecuado a nuestra necesidad Esta aplicación no es la más obvia para el usuario que empieza en este mundo, pero son de grandísima ayuda al aumento de la eficiencia de la empresa 35

36 Automoción Otro sector que prácticamente se beneficia en todo el ciclo de desarrollo 36

37 Iluminación 37

38 Mandos a distancia Simulación real de espacio para electrónica, de textura de tacto, etc todo en una sola pieza 38

39 Componentes tapizados Se pueden fabricar y validar compartimentos que tengan parte rígida y flexible 39

40 Medicina Planificación quirúrgica: Permite definir los pasos a seguir y el instrumental necesario con antelación, reduciendo el tiempo total de intervención Educación 40

41 Medicina Modelos, prótesis y guías quirúrgicas personalizadas Reconstrucción personalizada 41

42 Dental Modelos de yeso Alineadores Guías quirúgicas En este sector se ha avanzado enormemente gracias a la aparición de nuevos y más económicos escáners intraorales y escáners para modelos de yeso 42

43 Duración : 8 semanas Coste repuesto: 900 Plazo entrega: semanas Coste parada: tremendo

44 Desventajas: / pieza Ventajas: Una sola pieza Duración : +20 semanas Coste repuesto: Plazo entrega: días Coste parada: tremendo Duración : 8 semanas Coste repuesto: 900 Plazo entrega: semanas Coste parada: tremendo

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46 Estructuras internas optimizadas: reducción de peso y coste 46