La industria de la impresión 3D pasó por su punto álgido en la segunda década del siglo XXI, cuando los promotores declararon que la tecnología encontraría un uso muy amplio entre los clientes. Sin embargo, lejos del frenético mercado de consumo de la impresión 3D, las tecnologías de la fabricación aditiva han seguido avanzando.
Las tecnologías de impresión 3D profesionales han madurado en formas muy concretas, cruzando umbrales críticos de calidad, fiabilidad y estructura de costes. Los últimos avances en maquinaria, materiales y software han hecho que la impresión 3D sea accesible para una gama más amplia de negocios, con lo que cada vez más empresas pueden usar herramientas que antes estaban limitadas a unas pocas industrias de vanguardia.
En la actualidad, las impresoras 3D industriales aceleran la innovación e impulsan a los negocios en muchos sectores, entre los que se cuentan la ingeniería, la fabricación, la odontología, el sector sanitario, la educación, el entretenimiento, la joyería y la audiología.
Las impresoras 3D industriales pueden llegar a revolucionar un negocio, además de rebajar los costes y tiempos de producción. He aquí cómo elegir la más adecuada para las necesidades de tu empresa.
Procesos de impresión 3D industrial
Las impresoras 3D industriales están disponibles para negocios que se dedican a una amplia gama de aplicaciones, desde la creación de prototipos a piezas de producción. Estas tecnologías incluyen el modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (SLA), el sinterizado selectivo por láser (SLS) la inyección de material y la impresión 3D de metal.
Un tema común en muchas de estas tecnologías es la aparición reciente de impresoras industriales muy capaces pero más compactas y accesibles, que ayudaron a rebajar los costes iniciales de inversión de entre 100 000 y 200 000 dólares a menos de 10 000 $.
Modelado por deposición fundida (FDM)
El FDM, también conocido como fabricación con filamento fundido (FFF), construyen piezas derritiendo y extruyendo un filamento termoplástico que un extrusor deposita capa por capa en el área de impresión.
El FDM es la forma más extendida de impresión 3D al alcance del consumidor, fomentada por la aparición de las impresoras 3D para aficionados. Sin embargo, las impresoras FDM industriales también son populares entre los profesionales.
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Ventajas del FDM
La impresión por FDM funciona con varios termoplásticos estándar, como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el ácido poliláctico (PLA) y sus diversas mezclas. Esto genera un precio inicial y de los materiales más bajo. El FDM se ajusta mejor a modelos de prueba de concepto básicos y a la creación de prototipos de bajo coste para piezas sencillas.
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Desventajas del FDM
El FDM es la técnica que menor resolución y precisión tiene comparada con otras tecnologías de impresión 3D para plástico como la SLA y el SLS. No es la mejor opción para imprimir diseños complejos o piezas con relieves complicados. Obtener un acabado de gran calidad requiere procesos de pulido químicos y mecánicos en los que hay que invertir mucho tiempo y mano de obra. Algunas impresoras 3D FDM industriales usan soportes solubles para mitigar algunos de estos inconvenientes y ofrecen una mayor variedad de termoplásticos para ingeniería, pero estos tienen un precio elevado. Además, el FDM tiende a ser más lento con las impresiones grandes que la SLA o el SLS.
Las impresoras FDM (izquierda) son ideales para las formas simples pero fabricar diseños complejos o piezas con detalles intrincados supone un esfuerzo en comparación con las impresoras SLA (derecha).
Estereolitografía (SLA)
Las impresoras 3D de estereolitografía (SLA) usan un láser para curar resina líquida y convertirla en plástico endurecido en un proceso conocido como fotopolimerización. La SLA es uno de los procesos más populares entre los profesionales por su alta resolución, su precisión y la versatilidad de sus materiales.
La Form 3L, una impresora 3D SLA de gran formato de Formlabs, es capaz de imprimir en 3D grandes prototipos del tamaño de un casco a escala real.
Anteriormente, la SLA solo estaba disponible en las impresoras 3D industriales grandes y complejas que cuestan más de 200 000 $, pero el proceso se ha vuelto mucho más accesible. Con la impresora Form 3 de Formlabs, los negocios ahora tienen acceso a SLA de calidad industrial por solo 3500 $. La SLA de gran formato con la Form 3L está disponible a partir de 11 000 $.
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Ventajas de la SLA
Las piezas realizadas mediante SLA tienen la mayor resolución y precisión, los detalles más nítidos y el acabado más liso de todas las tecnologías de impresión 3D. La principal ventaja de la SLA se encuentra en su versatilidad. Las fórmulas de resina para SLA ofrecen una gran variedad de propiedades ópticas, mecánicas y térmicas capaces de igualar las de los termoplásticos estándar, industriales y para ingeniería.
La impresión por SLA es una excelente opción para prototipos grandes con un alto nivel de detalle que requieren una escasa tolerancia y superficies lisas, así como para moldes, utillaje, patrones, modelos médicos y piezas funcionales. También ofrece el material con mayor temperatura de flexión bajo carga: 238 ºC. Eso la convierte en una elección ideal para determinadas aplicaciones de ingeniería y fabricación y proporciona la mayor selección de materiales biocompatibles para aplicaciones médicas y odontológicas. Con la Draft Resin, las impresoras SLA de Formlabs son también la opción más rápida para imprimir en 3D piezas de gran tamaño, hasta diez veces más rápido que el FDM.
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Desventajas de la SLA
La gran versatilidad de la SLA hace que su precio sea ligeramente más caro que el del FDM pero sigue siendo más asequible que cualquier otro proceso de impresión 3D industrial. Las piezas de resina para SLA también requieren un poscabado después de la impresión, que incluye lavar las piezas y poscurarlas.
Algunos ejemplos de piezas impresas en 3D de gran tamaño fabricadas con la Form 3L.
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Sinterizado selectivo por láser (SLS)
Las impresoras 3D de sinterizado selectivo por láser (SLS) usan un láser de alta potencia para fundir pequeñas partículas de polvo de polímero. El polvo sin fundir sirve como soporte para la pieza durante la impresión y elimina la necesidad de agregar expresamente estructuras de soporte, por lo que el SLS es una opción especialmente eficaz para piezas mecánicas complejas.
La capacidad del SLS para producir piezas con excelentes capacidades mecánicas lo convierte en la tecnología de fabricación aditiva con polímeros más común para aplicaciones industriales.
Del mismo modo que la SLA, el SLS solo estaba disponible en máquinas industriales que costaban como mínimo unos 200 000 $. Con la impresora SLS Fuse 1 de Formlabs, las empresas ahora pueden acceder al SLS industrial desde 16 500 $ con un volumen de impresión de 30 × 16,5 × 16,5 cm.
Piezas impresas con la impresora 3D SLS Fuse 1.
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Ventajas del SLS
Dado que la impresión por SLS no requiere estructuras de soporte específicas, es ideal para geometrías complejas, como relieves interiores, socavados, paredes delgadas y negativos de piezas. Las piezas producidas mediante SLS tienen excelentes características mecánicas, con una resistencia similar a la de las piezas moldeadas por inyección.
El material más común para SLS es el nailon, un popular termoplástico para ingeniería con excelentes propiedades mecánicas. El nailon es ligero, resistente y flexible, así como estable frente a impactos, sustancias químicas, el calor, la luz UV, el agua y la suciedad.
La combinación de un bajo coste por pieza, una alta productividad y materiales establecidos hace que el SLS sea una elección popular entre los ingenieros para la creación de prototipos funcionales y una alternativa rentable al moldeo por inyección para la fabricación limitada o el lanzamiento rápido de productos (conocido como bridge manufacturing).
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Desventajas del SLS
El SLS tiene un precio de entrada más alto que las tecnologías de FDM o SLA. Aunque el nailon es un material versátil, el catálogo de materiales para el SLS es más limitado que para el FDM y la SLA. Las piezas salen de la impresora con un acabado de la superficie ligeramente rugoso, por lo que requieren un granallado para obtener un acabado liso.
Inyección de material
Las impresoras 3D de inyección de material utilizan un cabezal de impresión similar a los de las impresoras tradicionales de tinta. Se usa para depositar y curar las gotas de material fotopolimérico que se endurece bajo la luz ultravioleta. Algunas impresoras de inyección de material más avanzadas también pueden crear piezas a partir de múltiples materiales.
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Ventajas de la inyección de material
La inyección de material genera un producto acabado que es preciso y tiene un acabado liso. La precisión general, combinada con el hecho de que es uno de los únicos procesos de impresión que ofrece la impresión a todo color y con múltiples materiales, hace que sea una opción ideal para los prototipos realistas como los prototipos a todo color o los modelos anatómicos.
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Desventajas de la inyección de material
Las impresoras por inyección de material solo pueden funcionar con materiales que tienen una viscosidad baja, lo que limita las opciones de material. Los productos acabados tienden a ser frágiles y sensibles a la luz y al calor. Su deterioro gradual hace que sean menos adecuados como prototipos funcionales. Para la impresión 3D de resina, la SLA ofrece una gama más amplia de materiales funcionales, incluidas resinas que contienen partículas como la cera y el vidrio para impregnarlas con ciertas propiedades.
Impresión 3D de metal
Más allá de los plásticos, hay múltiples procesos de impresión 3D disponibles para la impresión 3D en metal.
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FDM de metal
Las impresoras FDM de metal funcionan de forma similar a las impresoras FDM tradicionales pero utilizan varillas metálicas extruidas unidas por aglutinantes poliméricos. Las piezas terminadas sin poscurar se sinterizan en un horno para eliminar el aglutinante.
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Fusión selectiva por láser (SLM) y sinterizado directo de metal por láser (DMLS)
Las impresoras SLM y DMLS funcionan de forma parecida a las impresoras SLS, pero en lugar de fundir polímeros en polvo, unen partículas de polvo metálico capa a capa utilizando un láser. Las impresoras 3D SLM y DMLS pueden crear productos de metal resistentes, precisos y complejos, lo que hace este proceso ideal para el sector aeroespacial, la industria automovilística y las aplicaciones sanitarias.
Mientras que los precios de las impresoras 3D de metal han empezado a bajar, con costes que van de 100 000 $ a 1 millón de dólares, estos sistemas siguen sin ser accesibles para la mayoría de los negocios.
Por otro lado, la impresión 3D SLA es adecuada para procesos de trabajo de fundición que produzcan piezas de metal a bajo coste, con una mayor libertad de diseño y en menos tiempo que con los métodos tradicionales.
Fabricación de piezas de metal mediante impresión 3D
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Compara los procesos de impresión 3D industrial
El FDM, la SLA, el SLS, la inyección de materiales y la impresión 3D de metal tienen ventajas y desventajas únicas en diversas aplicaciones.
| Modelado por deposición fundida (FDM) | Estereolitografía (SLA) | Sinterizado selectivo por láser (SLS) | Inyección de material | Impresión 3D de metal (FDM de metal, DMLS, SLM) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Volumen de impresión | Hasta 300 × 300 × 600 mm (impresoras 3D de escritorio y de trabajo) | Hasta 300 × 335 × 200 mm (impresoras 3D de escritorio y de trabajo) | Hasta 165 × 165 × 300 mm (impresoras 3D de trabajo industriales) | Hasta 300 × 200 × 150 mm (impresoras 3D de trabajo industriales) | Hasta 300 × 200 × 200 mm (FDM de metal), 400 × 400 × 400 mm (DMLS/SLM industrial de gran tamaño) |
| Gama de precios | Desde 2500 $ | Desde 3500 $ | Desde 16 500 $ | Desde 20 000 $ (múltiples materiales desde 100 000 $) | Desde 100 000 $ |
| Materiales | Termoplásticos estándar, como el ABS, el PLA y sus diversas mezclas. | Variedades de resina (plásticos termoendurecibles). Resinas estándar, para ingeniería (similares al ABS, al polipropileno y a la silicona; flexibles, resistentes a la temperatura, rígidas), para aplicaciones de fundición, dentales y médicas (biocompatibles). | Termoplásticos para ingeniería, normalmente el nailon y sus compuestos (el Nylon 12 Powder es biocompatible y esterilizable). | Variedades de resina (plásticos termoendurecibles). | Acero inoxidable, acero de herramientas, titanio, cromo-cobalto y aluminio. |
| Aplicaciones ideales | Modelos de prueba de concepto básicos, creación de prototipos de bajo coste para piezas sencillas. | Prototipos con un alto nivel de detalle que requieren una escasa tolerancia y superficies lisas, así como moldes, utillaje, patrones, modelos médicos y piezas funcionales. | Geometrías complejas, prototipos funcionales, fabricación en series cortas y lanzamiento rápido de productos. | Prototipos muy detallados, incluidos los de múltiples materiales y prototipos realistas a todo color. | Piezas resistentes y duraderas con geometrías complejas, ideales para el sector aeroespacial, el automovilístico y el sanitario. |
| Desventajas | Tiene la menor resolución y precisión. No es ideal para imprimir diseños complejos o piezas con relieves complicados. | Algunos materiales son sensibles a una exposición prolongada a la luz UV. | Acabado de la superficie ligeramente rugoso, opciones de materiales limitadas. | Opciones de materiales limitadas. Los productos finales tienden a ser frágiles y sensibles a la luz; menos adecuados como prototipos funcionales. | Costes y complejidad altos, requisitos exigentes de instalación. |
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Aplicaciones de las impresoras 3D industriales
Existen varias aplicaciones que aprovechan las impresoras 3D industriales, como la creación de prototipos, la fabricación híbrida y la producción.
Creación rápida de prototipos
Con la creación rápida de prototipos, los diseñadores y los ingenieros pueden crear prototipos directamente a partir de datos de CAD más rápido que nunca, y llevar a cabo revisiones rápidas y frecuentes de sus diseños basadas en ensayos y opiniones reales.
Ya que estas piezas o conjuntos se suelen construir mediante técnicas de fabricación aditiva, en vez de con métodos sustractivos tradicionales, el concepto ha quedado íntimamente ligado a la fabricación aditiva y la impresión 3D.
Un prototipo rápido de una mano robótica junto al producto de uso final.
La fabricación aditiva es perfecta para la creación rápida de prototipos. Ofrece una libertad casi ilimitada en la forma, no requiere utillaje y puede producir piezas con propiedades mecánicas muy similares a la de diversos materiales hechos con procesos tradicionales.
Con la impresión 3D in situ, los ingenieros y diseñadores pueden producir prototipos realistas y funcionales a un coste más bajo y más rápidamente para realizar iteraciones rápidas entre diseños digitales y prototipos físicos. Ahora es posible crear prototipos en un día y realizar múltiples iteraciones del diseño, el tamaño, la forma o el ensamblaje basándose en resultados de ensayos y análisis reales. En definitiva, el proceso de creación rápida de prototipos ayuda a las empresas a llevar mejores productos al mercado con mayor rapidez que la competencia.
Fabricación híbrida
La fabricación híbrida combina la impresión 3D con los procesos de fabricación tradicionales como el moldeo por inyección, el termoformado o la fundición. Mejora el proceso de producción y su flexibilidad, agilidad, escalabilidad y rentabilidad. Como resultado, permite a los fabricantes satisfacer las cambiantes necesidades de las empresas rápidamente.
Un molde impreso en 3D para el embalaje de productos moldeado en vacío.
Las impresoras 3D industriales permiten la producción de forma rápida y asequible de sujeciones, fijaciones y utillaje para ahorrarte días o semanas en cuestión de plazos, mejorar la agilidad de tus operaciones y reducir en gran medida los costes respecto a externalizar las piezas a un tercero que las mecanice a partir de lingotes de plástico o metal.
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Utillaje
Construye utillaje a medida que soporte los rigores de la fábrica y pueda ayudarte a resolver tus desafíos de fabricación más difíciles. Valida procesos de fabricación, resuelve problemas de diseño orientado a la fabricación y aumenta la flexibilidad de tu trabajo imprimiendo directamente utillaje para aplicaciones como el modelo por inyección o el doblado de tubos de CNC.
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Guías y fijaciones
Ahorra y agiliza tu trabajo fabricando en tu propia empresa las guías y fijaciones sin pedidos mínimos, sin tener que programar una trayectoria, con una amplia selección de materiales y costes bajos de los bienes de capital. Mejora continuamente tus productos y actúa de forma rápida y eficaz para resolver los problemas que surjan en tu cadena de fabricación, con sujeciones y fijaciones que mejoren los procesos de montaje o control de calidad.
Moldeo por inyección rápido de bajo volumen con moldes impresos en 3D
Descarga nuestro libro blanco para encontrar recomendaciones sobre el uso de moldes impresos en 3D en el proceso de moldeo por inyección para reducir costes y el plazo de producción. También podrás ver estudios de casos reales con Braskem, Holimaker y Novus Applications.
Diseño de guías y fijaciones mediante impresión 3D
Descarga el libro blanco para reducir el coste y el plazo de producción de sujeciones con guía y fijaciones.
Producción
A medida que mejora la economía de la impresión 3D y el cambia el umbral del coste por pieza se mueve, se está volviendo aún más práctico utilizar la tecnología en aplicaciones de menos valor y más volumen. Impulsada por la innovación tecnológica y la mejora de las propiedades de los materiales, la fabricación aditiva está destinada a expandirse más allá de la creación rápida de prototipos, hacia la creación de piezas de uso final y la producción en serie.
Varias industrias ya han incorporado materiales impresos en 3D en su proceso de fabricación para crear moldes y fundir patrones o incluso imprimir piezas de uso final.
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Personalización en masa
No necesitas invertir en utillaje caro. Usa la impresión 3D para fabricar una gran variedad de diseños complejos sin dedicarles más tiempo, energía o materiales que a la producción de piezas sencillas. Los sistemas automáticos de impresión 3D pueden ayudarte a expandir tu creación de productos personalizados para el mercado de masas. Convierte modelos hechos a medida para pacientes del ámbito sanitario en productos de consumo como calzado y auriculares.
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Producción de serie limitada
Realizar la producción de serie limitada con la impresión 3D proporciona la flexibilidad de cambiar los diseños sin invertir grandes sumas en utillaje y supone una alternativa de fabricación asequible para producir piezas de uso final en lotes de decenas y cientos.
Presentamos Formlabs Factory Solutions
En este informe, Dan Recht, jefe de desarrollo empresarial global de Formlabs te enseñará cómo identificar, evaluar y aprovechar las oportunidades que te brinda la fabricación aditiva como tecnología de producción.
Da tus primeros pasos con la impresión 3D industrial
La última generación de las impresoras 3D de gran formato ha hecho que fabricar prototipos y piezas de uso final sea rápido y mucho más asequible, por lo que se ha abierto la puerta para que casi cualquier empresa utilice la impresión 3D para mejorar el desarrollo de productos y la fabricación.
Con las primeras impresoras 3D SLA y SLS de gran formato, Formlabs pretende revolucionar la impresión 3D profesional. Si estás preparado para aprovechar la impresión 3D en tu negocio, encuentra hoy la impresora 3D adecuada para tus necesidades.
