Técnica de extrusión de material
Esta es la técnica de impresión con la que estamos más familiarizados, ya que es la que utilizan la mayoría de las impresoras de uso particular. Es una tecnología que permite una gran flexibilidad. La fabricación de las impresoras capaces de usar esta modalidad de impresión digital 3D es relativamente sencilla y barata, lo que hace que resulten idóneas para su comercialización masiva. Como resultado de esto, casi todas las impresoras 3D más famosas: Ultimaker, Cube, Witbox, Prusa… generan las piezas mediante la extrusión de material.
Es una tecnología muy joven; es desarrollada en 1989 por el matrimonio Scott y Lisa Crump. Se conoce por las siglas en inglés FDM (Fused Deposition Modeling), registrado por la empresa fundada por la familia Crump (Stratasys Inc.) y también por FFF (Fused Filament Fabrication) para evitar conflictos con la marca patentada por los Crump. La traducción al castellano sería Modelado por Deposición Fundida en el primer caso y Fabricación por Filamento Fundido en el segundo.
El funcionamiento exacto de esta tecnología consiste en fundir un material termoplástico formando un filamento de milímetros que es aplicado por un cabezal capa a capa.
Se utiliza un software que guía a los cabezales que depositan el filamento. Las impresoras FFF pueden contar con varios extrusores para añadir diferentes colores o materiales en elaboraciones de una alta complejidad. En cualquier caso, solo un extrusor trabajará en cada momento.
Cuando el filamento avanza hacia el cabezal por la acción de un pequeño motor que, además, eleva la temperatura hasta que el material adquiere una consistencia de gel. Este material fundido es depositado por un cabezal de impresión y rápidamente comienza a endurecerse, lo que provoca que se adhiera a la capa inmediatamente anterior. En este tipo de impresoras puede moverse el cabezal o la plataforma.
La pieza resultante no suele presentar un acabado de alta calidad, aunque no necesita tratamiento de rayos ultravioleta. Para conseguir un mejor acabado se puede recurrir a técnicas tradicionales como el lijado o a bañar con el vapor producido al calentar acetona. Este último método dota a la pieza de una especie de brillo que recuerda al esmalte. Además, reduce la diferencia entre las capas, resultando la pieza mucho más homogénea.
Los materiales más utilizados en a impresión 3D FFF son el ABS (acrilnonitrilo, butadieno estireno) y el PLA (poliácido láctico). Los policarbonatos y el nylon son de uso frecuente. Para imprimir las estructuras de soporte los materiales más convenientes son las ceras y el acetato de polivinilo.
Esta tecnología es idónea para fabricar prototipos que no requieran de un acabado en alta calidad y para producir herramientas de utillaje. Por su flexibilidad y coste se ha impuesto en las impresoras de uso particular.
Técnica de fusión de lecho de polvo (PBF)
Así como la fusión por filamento se caracteriza porque el material forma un filamento antes de ser fundido y aplicado. En la fusión de lecho de polvo o PBF (Powder Bed Fusion) el material se dispone pulverizado sobre una plataforma. Esta capa de microparticulas del material escogido es la que se funde por exposición a una fuente de calor.
En función de algunas pequeñas diferencias podemos distinguir cinco procesos que utlizan la PBF:
• Fusión por haz de electrones, EBM (Electron Beam Melting)
• Sinterización selectiva por láser, SLS (Selective Laser Sintering)
• Sinterización selectiva por calor, SHS (Selective Heat Sintering)
• Fusión selectiva por láser, SLM (Selective Laser Melting)
• Sinterización de metal directa por láser, DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
Técnica de fundido por haz de electrones (EBM)
Es un proceso patentado en 1998 por la empresa Arcam AB, con sede en Suecia. Al igual que en las tecnologías anteriores se deposita un material en una plataforma. En este caso se deposita una fina capa de material pulverizado. Este polvo también se funde y es en esta operación donde la EBM se diferencia de las demás tecnologías.
En primer lugar se aumenta la temperatura del polvo para facilitar su fundido. Luego se dirige un haz de electrones en condiciones de vacio hacia las zonas seleccionadas para su fundido. A diferencia de otras tecnologías las bobinas dedicadas a dirigir este rayo de electrones son electromagnéticas, en vez de ópticas. Las bobinas electromagnéticas permiten un control muy preciso y veloz del haz de electrones. Esta tecnología permite varias partes de la pieza se realicen simultáneamente, lo que se traduce en una alta velocidad de fabricación. Una vez impresa la primera capa se deposita una nueva lámina de material en polvo y se aplica de nuevo el haz o los haces de electrones. El proceso se repite hasta la finalización de la pieza.
Una vez finalizada la pieza se deja atemperar y se recoge el material sobrante para su reutilización. Con la fusión por haz de electrones se consiguen objetos muy resistentes tanto al calor como a los golpes. Sin embargo, la fase de enfriamiento es crítica y pueden desarrollarse imperfecciones durante la solidificación que mermen la resistencia final del objeto.
Los materiales más usados son el titanio y el cromo cobalto. Debido a que el fundido de estos materiales pulverizados se realiza en condiciones de vacío y a temperaturas muy elevadas las piezas resultantes mantienen plenamente las características de los mismos o incluso las mejoran.
Esta tecnología es perfecta para generar estructuras complicadas y de gran resistencia. Es muy utilizada en medicina, en todo tipo de implantes individualizados. Sirve para producir series limitadas de piezas y prototipos funcionales.
El acabado de las piezas necesita de procesos de lijado mecánico para pulir la base en caso de que fuera necesario.
La EBM es una tecnología muy cara que requiere de maquinaria y personal especializados.
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