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Fabricación aditiva

La fabricación aditiva revoluciona la forma de crear productos precisos

La fabricación aditiva, fabricación por adición o Additive Manufacturing, en inglés, consiste en crear un objeto añadiendo el material capa a capa. Al contrario que con la mayoría de las técnicas convencionales de fabricación, la fabricación aditiva crea objetos añadiendo material, en vez de quitando material. Usando un software de diseño asistido por ordenador (CAD) o uno de fabricación asistida por ordenador (Computer-Aided Manufacturing, CAM) se hace el diseño el objeto a fabricar. El siguiente vídeo en inglés ofrece una buena explicación sobre la fabricación aditiva:

Aplicaciones prácticas de la fabricación aditiva

La variedad de sectores de aplicación de la fabricación aditiva es muy amplia. Entre ellos se encuentran sectores como: el aeroespacial, ya que se busca una forma de fabricar piezas precisas y resistentes con geometrías complejas; el automotriz, como en el caso de la Fórmula 1, en el que necesita crear objetos de alta resistencia mecánica y poco peso, con exigencias aerodinámicas; el de sanidad, en el que se necesita crear objetos que se ajusten al cuerpo (por ejemplo, las férulas 3D); el industrial, en el que las empresas lo usan para tener una libertad absoluta a la de diseñar y rediseñar cualquier forma rápidamente sin importar su complejidad; entre otros.

Muchas empresas que trabajan con fabricación aditiva necesitan un sistema satélite de fabricación que se integre con el software de ERP. Por ejemplo, una empresa siderúrgica puede crear piezas de acero con fabricación aditiva. Con un módulo de fabricación llevaría el control de parametrización de las pruebas, registrando la proporción de hierro y carbono de la composición de una pieza, el peso, el grosor, la densidad, etc. Gracias a las facilidades de rediseño que ofrece la fabricación aditiva, esta técnica permite un ahorro de tiempo y coste a las empresas.

Diferentes técnicas de fabricación aditiva

El módulo de fabricación también puede parametrizar las distintas técnicas de fabricación aditiva utilizadas para comprobar cuál va mejor para producir cada tipo de producto.

Ojo: Es bastante común llamar impresión 3D a la fabricación aditiva, sin embargo, no es lo mismo. La impresión 3D es solo una de las técnicas de fabricación aditiva.

La fabricación aditiva se puede llevar a cabo con las siguientes técnicas:

Impresión 3D

Se encarga de la fabricación de objetos mediante la deposición de un material utilizando un cabezal de impresión, boquilla u otra tecnología de impresora. Se lleva a cabo tanto depositando gotas de un material de plástico o cera sobre una base y se solidifica con luz ultravioleta (UV) o por filamento fundido.

Extrusión del material

Consiste en extraer los polímeros en forma de bobina a través de la boquilla calentada que se encuentra en un brazo móvil. La cama donde se va a crear el objeto se mueve verticalmente mientras que la boquilla lo hace horizontalmente, permitiendo que el material fundido construya el objeto capa a capa. La correcta adhesión de las capas se produce mediante un control preciso de la temperatura o del uso de agentes de unión química (pegamento industrial). Se diferencia de las otras técnicas en que el material se añade con la boquilla a una presión y flujo constante. Esta presión y velocidad se debe mantener estable para asegurar un resultado preciso.

Deposición de energía dirigida

También es conocido por su nombre inglés como Directed Energy Deposition (DED). Se parece a la extrusión del material, pero se usa para una variedad de materiales más amplia, incluyendo polímeros, cerámica y metales. Sin embargo, la variedad con la que más se suele hacer es con metales que están en forma de polvo o alambre.

Una máquina de DED puede ser una pistola de rayos de electrones, un láser compuesto por un brazo de cuatro o cinco ejes para fundir la materia prima o polvo de alambre o filamento. Estas máquinas depositan el material derretido en una superficie específica, donde esta se solidifica. Con esta técnica, la boquilla puede moverse en múltiples direcciones, no como la extrusión del material.

Material Jetting (Polyjet)

Se lleva a cabo con un cabezal de impresión que se mueve hacia adelante y hacia atrás. Es igual que la cabeza en una impresora de inyección de tinta 2D. Sin embargo, el material jetting se desplaza normalmente sobre los ejes “x”, “y” y “z” para crear objetos 3D. Las capas se endurecen al enfriarse o se curan con luz ultravioleta.

Como el material debe ser depositado en gotas, el número de materiales disponibles con los que se puede usar esta técnica es limitado. Los polímeros y las ceras son son materiales adecuados y de uso común, debido a su naturaleza viscosa y a la capacidad de formar gotas.

Binder Jetting

Se realiza de forma parecida al material jetting. La principal diferencia recae en que el cabezal de impresión se mueve horizontalmente en los ejes “x” e “y” de la máquina y deposita capas alternativas de material en polvo y un aglutinante líquido. Después de cada capa, se baja la plataforma de construcción del objeto imprimido.

Sin embargo, en binder jetting no todos los materiales son los más adecuados para piezas estructurales y, a pesar de relativa rapidez de impresión, un proceso adicional posterior puede suponer un aumento de tiempo significativo. Como en las otras metodologías basadas en polvo, el objeto que está siendo imprimido es autosuficiente dentro del recipiente donde se encuentra y se retira del polvo no unido una vez completado.

Laminación de hojas

Esta técnica tiene dos métodos diferentes. Una de ellas es la fabricación de objetos laminados o Laminated Object Manufacturing (LOM), en inglés. Este método alterna capas de papel y adhesivo, y se usa para crear objetos para modelos visuales o estéticos y no es adecuado para construcción de objetos estructurales.

El otro método se llama fabricación aditiva ultrasónica o Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM), en inglés. La UAM usa láminas de metales finos unidas por soldadura ultrasónica. Este método se lleva a cabo con poca energía y a una temperatura relativamente baja ya que no se funde el metal. La UAM permite crear geometrías internas y realiza con varios metales, como por ejemplo, titanio, acero inoxidable y aluminio. A menudo, requiere un mecanizado de CNC (Control Numérico por Computadora) adicional y la eliminación del metal no unido durante el proceso de soldadura.

VAT Polymerization

La fotopolimerización o, como es más conocida, VAT photopolymerization por su nombre anglosajón. Con esta técnica el objeto se crea en una tina de un fotopolímero de resina líquida. Como el proceso usa líquido para formar objetos, no hay soporte estructural del material durante la fase de construcción. La fotopolimerización cura o endurece cada capa de resina microfina usando luz ultravioleta (UV) dirigida por espejos motorizados, creando el objeto desde abajo.

Powder Bed Fusion

Fusión de polvo o Powder Bed Fusion (PBF) tiene diferentes métodos. El primero se llama Selective Laser Sintering (SLS) o sinterizado selectivo por láser, el cual imprime capa a capa el objeto a partir de polvos fusionados de plástico. Este proceso no necesita aglutinante ya que se pega gracias a la temperatura generada por el láser. El método Direct Metal Laser Sintering (DMLS), o sinterización directa con láser de metal, es igual que el SLS, pero su diferencia radica en que el material con el que construye es metal y no plástico.

La sinterización selectiva de calor o Selective Heat Sintering (SHS) usa un cabezal de impresión térmico para sinterizar polvo termoplástico. Al usar un cabezal de impresión térmico y no un láser, los objetos a crear pueden ser de menor tamaño.

El último método perteneciente a la fusión de polvo es la fusión de haz de electrones o Electron Beam Melting (EBM). En él, el polvo o filamento de metal se derrite por completo con un haz concentrado de electrones. La producción en una cámara de vacío asegura que la oxidación no comprometa materiales altamente reactivos como el titanio. También se requiere producción de vacío para que los electrones no colisionen con las moléculas de gas.

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European Knowledge Center for Information Technology (Ed.). (2018, 5 octubre). Fabricación aditiva. TIC Portal. https://www.ticportal.es/glosario-tic/fabricacion-aditiva

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