Descubre los beneficios y su impacto en tu empresa 7 marzo 2018 Introducción a la Fabricación Aditiva
Descubre los beneficios y su impacto en tu empresa
7 marzo 2018
Introducción a la Fabricación Aditiva
Introducción a la Fabricación Aditiva (FA)
• ¿Qué es la Fabricación Aditiva?
• Tecnologías de FA
• El proceso
• Aplicaciones y sectores
• Ventajas
• Limitaciones
• Cierre
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
Tecnologías de fabricación
• Aditivas
Fuente: www.taste.com.au
¿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.
Fabricación Aditiva
• Es el nombre oficialo ASTM International F42 Committee
Clasificación (ASTM F2792-12a)
• 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
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 polvosEnergía térmica une regiones de unacama de polvos
Metal y polímero
Inyección de material Deposición de gotas Polímero y ceras
Deposición de energía dirigidaEnergía térmica dirigida para fundir y unir partículas
Metal
Inyección de aglutinante Aglutinante para unir partículasPolímero, metal y cerámico
Laminación de hojas Rebanadas de material unidas Metal y polímero
Fabricación AditivaEl proceso
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
Fases de la FA
1. Crear el modelo 3D en CADo Autodesk (AutoCAD, Inventor)
o Dassault System (CATIA, SolidWorks)
o Siemens (NX, SolidEdge)
o PTC (CREO)
o Rhinoceros
o Etc.
Fuente logos: Wikipedia
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
Fases de la FA
3. Revisar y reparar el modelo exportado
Fases de la FA
4. “Cortar en rebanadas” el modeloo Cargar el STL en el ordenador de apoyo de la impresora
o Elegir la orientación de impresión
Sin nada debajo, estacapa (y las situadas
encima) se caerán
Fases de la FA
5. Estimar las estructuras soporte
Material que soporta los voladizos
Fuente imagen: WikipediaAutor: PranjalSingh IITDelhi
Fases de la FA
6. Impresión del modelo físicoo Tiempo depende del tamaño, de la orientación y de la tecnología
Fases de la FA
7. Eliminar las estructuras de soporte
Fases de la FA
8. Post-procesadoo 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
Fabricación AditivaAplicaciones y sectores
¿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
• Fabricación Digital Directa ó Direct Digital Manufacturing (DDM)o ¿Por qué no aplicar la Fabricación Aditiva para piezas funcionales?
Fuente imagen: Renishaw
Aplicaciones
Fuente: Wholers report 2015
Apoyo visual (RP) 10%
Presentaciones producto (RP) 8%
Ajuste y ensamblajes (RP)
18%
Utillaje indirecto (RT) 10%
Utillaje directo (RT) 14%
Fabricacion directa (DDM) 29%
Educación/investigación 9%Otros 2%
Sectores
Fuente: Wholers report 2015
Gobierno/militar 7% Arquitectura 3%
Otros 4%
Automoción16%
Aeroespacial 15%Industria 17%
Productos de consumo 17%
Médico 13%
Académico 8%
Industrial
• Utillaje para mejora de procesos tradicionales:o Moldes con conformal cooling (metal, plástico)
o Insertos
Fuente imagen: Foundrymag Fuente imagen: Eos & ecopartsFuente imagen: Leolane
Automoción
• Prototipado rápido
• Fabricación directa (menos, debido al gran volumen de piezas)
Fuente imagen: MichelinFuente imagen: SPI Lasers
Aeroespacial
• Fabricación directao Minimizar el buy-to-fly ratio
o Minimizar peso
Fuente imagen: General Electric Fuente imagen: 3Dprint
Médico
• Fabricación directa de piezas personalizadas al paciente
Fuente imagen: Phys.org
Fuente imagen: Renishaw
Fabricación AditivaVentajas
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
Complejidad geométrica: manual
• La fabricación capa a capa permite conseguir piezas muy complejas
• Complejidad = imaginación + habilidad para modelado 3D
Fuente imagen: Intrinsys
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
Complejidad geométrica: Estructuras lattice
• Mucho aire, poco material y siguiendo un patrón
Fuente imagen: 3DPrint Fuente imagen: Dragonfly
Complejidad geométrica: ¿Cuándo?
Piece cost
Complexity
Conventional manufacturing
Additive manufacturing
Breakeven point
Sin utillajes
• Geometrías únicas sin coste añadido de utillaje
Fuente imagen: Stratasys
Piezas únicas: ¿Cuándo?
Piece cost
Units manufactured
Conventional manufacturing
Additive manufacturing
Breakeven point
Conjuntos móviles
• Se pueden imprimir piezas ensambladas
Fuente imágenes: blog.stratasys.com
Reducción de piezas
• Inyector de un motor de avióno 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: www.gereports.com/post/80701924024/fit-to-print
Múltiples materiales
• Piezas “rígidas” y “blandas” en la misma bandeja y en el mismo conjunto
Reducción del tiempo de diseño
• Probar diferentes soluciones en menos tiempoo Imprimir, probar, imprimir, probar, imprimir, probar, imprimir, probar, etc.
Reducción del material desperdiciado
Subtractive Manufacturing
Additive Manufacturing
3D object
3D object
Scrap
Scrap
Fabricación AditivaLimitaciones
La FA tiene limitaciones
• Diseño en detalleo Modelado 3D
o Dispositivo de FA
• Pre-procesoo Generación del STL
• Post-procesoo Limpieza
o Mecanizado
Modelado 3D
• Modelos CAD de alta calidado Modelar exactamente lo que se quiere imprimir
o Cualquier error se verá replicado en el STL
Modelado 3D
• Conseguir geometría “watertight”o ¿Tiene el modelo 3D un volumen en mm3?
o Modelando con técnicas de sólido no hay problema
o Cuidado con formas complejas creadas con técnicas de superficies
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
Dispositivo de FA: Precisión y repetibilidad
• Dos piezas no se imprimen exactamente igualeso 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
Límites de algunas tecnologías
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
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
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 diseñoo Ej. En extrusión si el ángulo es >45º
Support Structure
No Support Structure
Fuente imagen: 3dhubs.com
Mecanizado
• Mejorar los acabados superficiales
• Ajustar las dimensiones
Fuente imagen: Eos
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
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7 marzo 2018
Introducción a la Fabricación Aditiva