Introducción a la Fabricación Aditiva. Descubre los beneficios y su impacto en tu empresa 7 marzo 2018

Transcripción

1 Introducción a la Fabricación Aditiva Descubre los beneficios y su impacto en tu empresa 7 marzo 2018

2 Introducción a la Fabricación Aditiva (FA) Qué es la Fabricación Aditiva? Tecnologías de FA El proceso Aplicaciones y sectores Ventajas Limitaciones Cierre

3 Tecnologías de fabricación Sustractivas: o Quitar material de un bloque hasta conseguir la geometría deseada Arranque viruta (fresado, taladrados, etc.) Electro erosión Etc. Formativas: o Dar forma a un material hasta conseguir la geometría deseada Inyección Fundición Estampación Etc. Fuente imágenes: Wikipedia

4 Tecnologías de fabricación Aditivas Fuente:

5 Qué es la Fabricación Aditiva? Es un proceso donde se fabrica un objeto físico mediante la deposición capa a capa de material en base un modelo virtual CAD en 3D.

6 Fabricación Aditiva Es el nombre oficial o ASTM International F42 Committee

7 Clasificación (ASTM F a) Hay siete categorías: o Extrusión de material o Foto polimerización de cubeta o Fusión de cama de polvos o Inyección de material o Deposición de energía dirigida o Inyección de aglutinante o Laminación de hojas Fuente imagen: hybrid manutech.com

8 Clasificación Categoría Funcionamiento Materiales Extrusión de material Filamento extruido por orificio Polímero y metal Foto polimerización de cubeta Luz solidifica selectivamente resina Polímero Fusión de cama de polvos Energía térmica une regiones de una cama de polvos Metal y polímero Inyección de material Deposición de gotas Polímero y ceras Deposición de energía dirigida Inyección de aglutinante Energía térmica dirigida para fundir y unir partículas Aglutinante para unir partículas Metal Polímero, metal y cerámico Laminación de hojas Rebanadas de material unidas Metal y polímero

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10 Fabricación Aditiva El proceso

11 Fases de la FA 1. Crear el modelo 3D en CAD 2. Exportar el modelo 3D a un formato geométrico 3. Revisar y reparar el modelo exportado 4. Cortar en rebanadas el modelo 5. Generar las estructuras soporte 6. Impresión del modelo físico 7. Eliminar las estructuras soporte 8. Post-proceso del modelo impreso Dispositivo de FA

12 Fases de la FA 1. Crear el modelo 3D en CAD o Autodesk (AutoCAD, Inventor) o Dassault System (CATIA, SolidWorks) o Siemens (NX, SolidEdge) o PTC (CREO) o Rhinoceros o Etc. Fuente logos: Wikipedia

13 Fases de la FA 2. Exportar el modelo 3D a un formato geométrico o Cada CAD tiene su propio formato nativo, pero o Necesitamos un formato universal para cargarlo en cualquier impresora 3D STL, VRML, AMF o La superficie exterior queda definida por un conjunto de triángulos que comparten lados

14 Fases de la FA 3. Revisar y reparar el modelo exportado

15 Fases de la FA 4. Cortar en rebanadas el modelo o Cargar el STL en el ordenador de apoyo de la impresora o Elegir la orientación de impresión Sin nada debajo, esta capa (y las situadas encima) se caerán

16 Fases de la FA 5. Estimar las estructuras soporte Material que soporta los voladizos Fuente imagen: Wikipedia Autor: PranjalSingh IITDelhi

17 Fases de la FA 6. Impresión del modelo físico o Tiempo depende del tamaño, de la orientación y de la tecnología

18 Fases de la FA 7. Eliminar las estructuras de soporte

19 Fases de la FA 8. Post-procesado o Unir piezas o Suavizado de superficies Chorreado de arena Lijado o Pintado o Recubrimientos metálicos o Texturizado o Mecanizado o Etc. Fuente imagen: Zotrax.com Fuente imagen: Tct magazine

20 Fabricación Aditiva Aplicaciones y sectores

21 Para qué se usa la Fabricación Aditiva? Prototipado Rápido ó Rapid Prototyping (RP) o Mejorar nuevos productos. Ensayos. Utillaje ó Rapid Tooling (RT) o Como ayuda para crear prototipos con otras tecnologías Fuente imagen: Renishaw Fabricación Digital Directa ó Direct Digital Manufacturing (DDM) o Por qué no aplicar la Fabricación Aditiva para piezas funcionales?

22 Aplicaciones Educación/investigación 9% Otros 2% Apoyo visual (RP) 10% Presentaciones producto (RP) 8% Fabricacion directa (DDM) 29% Ajuste y ensamblajes (RP) 18% Utillaje indirecto (RT) 10% Utillaje directo (RT) 14% Fuente: Wholers report 2015

23 Sectores Académico 8% Gobierno/militar 7% Arquitectura 3% Médico 13% Otros 4% Automoción 16% Productos de consumo 17% Industria 17% Aeroespacial 15% Fuente: Wholers report 2015

24 Industrial Utillaje para mejora de procesos tradicionales: o Moldes con conformal cooling (metal, plástico) o Insertos Fuente imagen: Foundrymag Fuente imagen: Leolane Fuente imagen: Eos & ecoparts

25 Automoción Prototipado rápido Fabricación directa (menos, debido al gran volumen de piezas) Fuente imagen: SPI Lasers Fuente imagen: Michelin

26 Aeroespacial Fabricación directa o Minimizar el buy-to-fly ratio o Minimizar peso Fuente imagen: General Electric Fuente imagen: 3Dprint

27 Médico Fabricación directa de piezas personalizadas al paciente Fuente imagen: Phys.org Fuente imagen: Renishaw

28 Fabricación Aditiva Ventajas

29 La FA ofrece importantes ventajas Complejidad geométrica Sin utillajes Conjuntos móviles Reducción de piezas Múltiples materiales Reducción del tiempo de diseño Reducción del material desperdiciado

30 Complejidad geométrica: manual La fabricación capa a capa permite conseguir piezas muy complejas Complejidad = imaginación + habilidad para modelado 3D Fuente imagen: Intrinsys

31 Complejidad geométrica: Opt. topológica Optimizar la geometría para: o Reducir peso o Minimizar desplazamientos o Minimizar superficie o Etc. Software: o Altair Optistruct o Materialise 3-matic o Abaqus Tosca

32 Complejidad geométrica: Estructuras lattice Mucho aire, poco material y siguiendo un patrón Fuente imagen: 3DPrint Fuente imagen: Dragonfly

33 Complejidad geométrica: Cuándo? Piece cost Breakeven point Additive manufacturing Conventional manufacturing Complexity

34 Sin utillajes Geometrías únicas sin coste añadido de utillaje Fuente imagen: Stratasys

35 Piezas únicas: Cuándo? Piece cost Breakeven point Additive manufacturing Conventional manufacturing Units manufactured

36 Conjuntos móviles Se pueden imprimir piezas ensambladas Fuente imágenes: blog.stratasys.com

37 Reducción de piezas Inyector de un motor de avión o Cada motor tiene 19 inyectores o Se redujeron las uniones de piezas a solo 5 o 5 veces mas duradero que el original Fuente imagen:

38 Múltiples materiales Piezas rígidas y blandas en la misma bandeja y en el mismo conjunto

39 Reducción del tiempo de diseño Probar diferentes soluciones en menos tiempo o Imprimir, probar, imprimir, probar, imprimir, probar, imprimir, probar, etc.

40 Reducción del material desperdiciado Subtractive Manufacturing 3D object Scrap Scrap Additive Manufacturing 3D object

41 Fabricación Aditiva Limitaciones

42 La FA tiene limitaciones Diseño en detalle o Modelado 3D o Dispositivo de FA Pre-proceso o Generación del STL Post-proceso o Limpieza o Mecanizado

43 Modelado 3D Modelos CAD de alta calidad o Modelar exactamente lo que se quiere imprimir o Cualquier error se verá replicado en el STL

44 Modelado 3D Conseguir geometría watertight o Tiene el modelo 3D un volumen en mm 3? o Modelando con técnicas de sólido no hay problema o Cuidado con formas complejas creadas con técnicas de superficies

45 Dispositivo de FA: Resolución Cada impresora 3D tiene una resolución mínima que indica cómo de pequeño se puede imprimir un objeto Fuente imagen: 3dprint.com

46 Dispositivo de FA: Precisión y repetibilidad Dos piezas no se imprimen exactamente iguales o De pieza a pieza en la misma bandeja e impresora o De dos piezas en misma impresora pero en bandejas distintas o De dos piezas en distinta impresora

47 Límites de algunas tecnologías

48 Orientación de impresión: tiempo y calidad El tiempo de impresión suele estar relacionado con la altura vertical (Eje Z) Efecto escalera ~ 1 hora Efecto escalera ~ 5 hours Sección más suave

49 Orientación de impresión La piezas no se comportan igual en todas las direcciones. Normalmente son más débiles en el eje vertical Fuente datos: Anisotropy of Mechanical Properties of Products Manufactured Using Selective Laser Melting of Powdered Materials

50 Limpieza de soporte Varía en función de la tecnología de impresión Con las metálicas, en general más complicado Con otras, se puede eliminar a través del diseño o Ej. En extrusión si el ángulo es >45º Support Structure No Support Structure Fuente imagen: 3dhubs.com

51 Mecanizado Mejorar los acabados superficiales Ajustar las dimensiones Fuente imagen: Eos

52 Cierre La Fabricación Aditiva no es la solución para todo Se debe considerar como otra tecnología de fabricación disponible A veces será beneficioso utilizarla y a veces no Cada caso es único y se tiene que analizar los pros y los contras Consulta a las empresas, centros tecnológicos, universidades

53 Introducción a la Fabricación Aditiva Descubre los beneficios y su impacto en tu empresa 7 marzo 2018