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Impresión 3D: Conceptosbásicos

Dr. Víctor López García

Advanced Lead Engineer

GE Power Controls Iberica S.L.

COIIM 17 Marzo 2014

2Dr. Víctor López García

17/03/2014

Impresión 3D

Índice

1.Conceptos

2.Algunas Tecnologías Disponibles

3.Ejemplos de Aplicaciones


17/03/2014

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.

Impresión 3D


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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”

Impresión 3D


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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”, rapidprototyping,…

Ahora mismo se usan básicamente los nombres de impresión 3D o Fabricación Aditiva (AM)

Impresión 3D – Fabricación Aditiva


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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)

Impresión 3D – AM


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Y al decir que la idea no es nueva, realmente queremos decirque no es nueva

Fabricación Aditiva por capas


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


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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 MorningAmerica - 1989


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Un proceso general


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Ventajas:

• Exactitud y acabado superficial

• Variedad de materiales

Desventajas

• No es muy “de oficina”

• Coste total: adquisición, mantenimiento, inmovilizado,…

• Post-procesado

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

Impresión 3D – AM: Tecnologías


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Ventajas

• Materiales totalmente funcionales, en plásticos y metales

Desventajas

• Coste total: precio, mantenimiento, inmovilizado,…

• Post-proceso

• Lentitud (del proceso completo)


• No para oficina

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



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Ventajas:

• Materiales muy funcionales

• Rango de equipos disponibles

Desventajas:


• Lentitud

• Post-proceso

• El ABS se extruye, no se inyecta

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



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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



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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


• Rango de equipos

Desventajas

• Rango de materiales limitado en cuanto a propiedades

• Post-proceso



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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


• Rango de equipos

Desventajas

• Propiedades mecánicas y térmicas limitadas



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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



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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 todaslas aplicaciones

• El precio de adquisición solo es una parte de todo lo que tenemosque 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 técnicoscualificados, por recambios que se tienen que comprar en el extranjero,…



17/03/2014

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



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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

Impresión 3D – AM: Aplicaciones


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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



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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

• …



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Ergonomía

• Aunque existen softwaresespecíficos, nada puede sustituir a la validación sobre una pieza física

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Piezas funcionales



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Piezas con características especiales

• Resistencia a Impacto y Aislamiento de Vibraciones

• Juntas de Sellado, Tapones

• Soft Touch y Overmolding



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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

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Termoconformado• Ejemplo: aplicaciones de packaging

• Se usa la pieza como molde, si tiene la suficiente calidad superficial y nivel de detalle


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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)



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Moldes metálicos (insertos)



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


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Sin enfriamiento

Tiempo medio: 152 s Tiempo medio: 6.43 s

Con enfriamiento

Deformación Max. 0,25 mm Deformación Max. 0,1mm

Temperatura Max. 138ºC Temperatura Max. 79ºC


Moldes metálicos (insertos) con canales conformales


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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



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Fabricación de piezas finales de alto valor añadido• El sector que parece que más decididamente está apostando por esta

posibilidad es la aviación


GE Turns to 3D Printers for Plane Parts

GE Printing Engine Fuel Nozzles Propels $6 Billion Market: Tech


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Rakes o peines de intrumentación

• Pieza fabricada medianteDMLS de Inconel

• Acabado pulido

• Fabricada de una únicapieza



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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



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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



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AutomociónOtro sector que prácticamente se beneficia en todo el ciclo de desarrollo



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Iluminación



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Simulación real de espacio para electrónica, de textura de tacto, etc… todo en una sola pieza

Mandos a distancia



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Se pueden fabricar y validar compartimentos que tengan parte rígida y flexible

Componentes tapizados



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Medicina

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

• Educación



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Medicina

• Modelos, prótesis y guías quirúrgicas personalizadas

• Reconstrucción personalizada



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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


Duración : 8 semanasCoste repuesto: 900€Plazo entrega: semanasCoste parada: tremendo


Ventajas:• Una sola pieza

Desventajas:• +1.100€ / pieza

Duración : 8 semanasCoste repuesto: 900€Plazo entrega: semanasCoste parada: tremendo

Duración : +20 semanasCoste repuesto: +1.100€Plazo entrega: díasCoste parada: tremendo



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Estructuras internas optimizadas: reducción de peso y coste

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