Guía de herramientas de enmascaramiento impresas en 3D para pinturas, revestimientos y más
El enmascaramiento, el acto de cubrir estratégicamente ciertas zonas durante un paso de procesado como el pintado, el granallado o la metalización, ha sido en el pasado un paso de los procesos de fabricación con mucho trabajo manual y escaso margen de error. La impresión 3D presenta un medio rentable de crear piezas de enmascaramiento personalizadas capaces de ajustarse a geometrías complejas y utilizarse repetidamente, reduciendo la necesidad de horas de trabajo manual durante los procesos de trabajo posteriores a la producción.
Tanto la estereolitografía (SLA) como el sinterizado selectivo por láser (SLS) son tecnologías de impresión 3D que se pueden utilizar para fabricar herramientas de enmascaramiento, y cada una ofrece ventajas únicas. En esta guía, describiremos las consideraciones que hay que tener en cuenta a la hora de crear máscaras, explicaremos cómo evaluar la tecnología de impresión 3D adecuada para tu proceso de trabajo y ofreceremos ejemplos de clientes que dan un acabado satisfactorio a sus piezas con la ayuda de las máscaras impresas en 3D. Para conocer nuestras instrucciones detalladas sobre cómo elegir un método de enmascaramiento y los resultados de diferentes procesos de trabajo, descarga nuestro libro blanco.
Guía completa de herramientas de enmascaramiento impresas en 3D
En este libro blanco, hablaremos de cómo usar la impresión 3D para crear herramientas de enmascaramiento para pinturas, revestimientos, recubrimientos u otros tipos de acabado puede reducir el tiempo dedicado al trabajo manual y dar acceso a geometrías y acabados nuevos y complejos.
¿Qué es el enmascaramiento?
El enmascaramiento consiste en cubrir estratégicamente ciertas zonas de una pieza que deben quedar libres de un revestimiento, pintura, capa metalizada u otros procesos de acabado de la superficie. Es posible que esas zonas deban permanecer intactas por diversos motivos: porque serán las zonas en la que se adherirá un conjunto de piezas, por motivos de conductividad eléctrica o porque pueden necesitar estar cubiertas de otro material o color, entre otras razones. Por lo tanto, las máscaras son accesorios para la fabricación que se pueden personalizar y se pueden ajustar para que se correspondan con cada pieza final, o también se pueden crear una vez para usarse a medida que cada pieza pase individualmente por el proceso de acabado.
Incluso en los sectores en los que gran parte del proceso de acabado está automatizado, como en el sector automovilísitico, el enmascaramiento todavía se realiza con frecuencia a mano, con cinta y papel. Foto de: mirka.com
¿Cómo se crean las herramientas de enmascaramiento?
Los procesos de trabajo tradicionales de enmascaramiento incluyen medir manualmente y cortar la cinta de enmascaramiento, mecanizar máscaras de metal o de plástico o a veces, aplicar un revestimiento a toda una pieza y después retirar el revestimiento del área designada mediante un mecanizado o un raspado. Aplicar cinta usa materiales económicos, pero requiere mucho trabajo manual y puede añadir varios minutos de trabajo manual por cada pieza en una cadena de producción. Las máscaras mecanizadas se pueden usar varias veces, pero resultan caras de fabricar y el proceso de mecanizado conlleva algunas limitaciones geométricas.
Las máscaras son una aplicación ideal para la impresión 3D, ya que a menudo son necesarias en cantidades de producción de bajo volumen y deben tener geometrías muy específicas para asegurar que solo cubran ciertas áreas en el centro, en los bordes o en un patrón específico sobre una pieza más grande. Las máscaras impresas en 3D se pueden producir con menos trabajo manual, ofrecen más repetibilidad y simplifican muchos trabajos de enmascaramiento complejos, además de poder usarse como prototipos de enmascaramiento para validar procesos de trabajo antes de pasar a otro material.
Consideraciones sobre el enmascaramiento impreso en 3D
Hay algunos factores que considerar a la hora de elegir una opción de material para producir máscaras. Estos factores son los requisitos mecánicos y químicos, el ajuste de la pieza y los requisitos de producción.
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Temperatura: Este es el mayor factor limitante, ya que algunos revestimientos se curan a temperaturas muy elevadas en hornos. Para muchos procesos de revestimiento de polvo a baja temperatura, la High Temp Resin puede soportar hasta 238 °C.
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Abrasividad: Algunos procesos de acabado usan medios abrasivos y las máscaras se deben fabricar con materiales capaces de soportar las fuerzas del material de granallado que se utilice, como las perlas de cerámica o las cáscaras de nuez. Para estos casos, utiliza un material más duro, como la Rigid 10K Resin de para las piezas de SLA o el Nylon 12 GF Powder para las piezas de SLS.
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Uso de disoluciones: Muchos revestimientos requieren disoluciones, tanto básicas como ácidas. Si una solución ácida o básica forma parte del procesado, asegúrate de comparar las fichas técnicas con los requisitos químicos.
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Ajuste de las piezas: Al colocar una máscara sobre una pieza, se necesitan diferentes grados de rigidez o de flexión para las situaciones que correspondan. La impresión 3D hace que sea fácil probar múltiples materiales por coste económico, como la Durable Resin o la Rigid 10K Resin, o el Nylon 11 Powder y el Nylon 12 Powder.
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Requisitos de producción: Algunas aplicaciones de enmascaramiento solo necesitan una o dos máscaras, mientras que otras tienen que crear tantas máscaras como piezas haya involucradas. Las impresoras SLA de Formlabs (tanto la Form 3+ como la Form 3L) son opciones excelentes para fabricar máscaras en bajas cantidades, como cuando se trabaja con procesos sustractivos que solo pueden producir un número reducido de piezas a la vez. La impresora SLS Fuse 1+ 30W es más adecuada para volúmenes mayores de máscaras, gracias a su capacidad de apilar verticalmente múltiples piezas dentro de la misma impresión.
Las tecnologías SLA y SLS para el enmascaramiento
SLA: Form 3+ y Form 3L
Las impresoras SLA de Formlabs, que son las unidades de escritorio Form 3+ y las unidades de sobremesa Form 3L, ofrecen una amplia gama de opciones de materiales, una entrega rápida, alta resolución y una capacidad de gran formato. La versatilidad de las impresoras SLA de Formlabs es otra ventaja: con más de 40 resinas entre las que elegir, los usuarios pueden seleccionar un material que encaje de forma única con las propiedades que necesitan. Las resinas abarcan desde materiales blandos y flexibles como la Elastic 50A Resin para una máscara que simule las propiedades de la silicona, hasta máscaras rígidas e inflexibles. El catálogo de materiales de Formlabs también ofrece materiales especializados con los que responder a consideraciones del proceso de enmascaramiento como la temperatura o la conductividad, como la ESD Resin, pensada para disipar de forma eficaz descargas electrostáticas.
| Resina | Ventaja clave | Temperatura de flexión bajo carga |
|---|---|---|
| Draft Resin | Velocidad de impresión muy alta. Esta resina es una buena elección cuando hay que entregar piezas con plazos ajustados y las tolerancias no son tan prioritarias. | 57 °C |
| Durable Resin | Flexible y con gran resistencia a los impactos. Un buen material cuando se quiere un encaje ajustado, un ajuste a presión o que la pieza se adapte a los relieves que la circundan gracias a su flexibilidad. | 41 °C. |
| Tough 1500 Resin | Más rígida que la Durable Resin, sin perder del todo su flexibilidad. | 52 °C |
| Rigid 10K Resin | Una resina muy rígida, adecuada para aplicaciones de enmascaramiento en las que se desea un ajuste por deslizamiento o bordes afilados. También puede ser una buena elección para procesos abrasivos. | 218 °C |
| High Temp Resin | La resina de Formlabs con mayor capacidad de soportar temperaturas elevadas. La High Temp Resin es una opción para cualquier proceso que requiera curados por temperatura. | 238 °C |
| Elastic 50A Resin | El material con la menor dureza Shore. La Elastic 50A Resin es una buena opción cuando la flexibilidad es la principal prioridad. | N/A |
SLS: La serie Fuse
Las ventajas de imprimir máscaras con las impresoras SLS de la serie Fuse son su capacidad de producción en lotes, la durabilidad y la resistencia de los polvos para SLS y que no sea necesario un posacabado. Apilar piezas verticalmente en las cámaras de impresión de la serie Fuse permite imprimir decenas o cientos de piezas a la vez, por lo que estas máscaras son ideales en usos como el de aplicar Cerakote, donde brazos robóticos pueden revestir con él cientos de piezas al mismo tiempo.
Los polvos para SLS de Formlabs, que incluyen cuatro tipos de nylon y un polvo de poliuretano termoplástico, son muy conocidos en los ámbitos de la fabricación y se puede confiar en ellos si se necesita durabilidad, fuerza y resistencia. En general, los materiales de nylon tienen un buen rendimiento en cuanto a su compatibilidad química. Gracias a su estructura semicristalina, los materiales de nylon tienen una buena resistencia a las grasas basadas en el petróleo, la acetona y la silicona, y son menos susceptibles a agrietarse por las tensiones creadas por el entorno.
Lee más acerca de la compatibilidad del nylon con disolventes específicos aquí.
| Polvo | Ventaja clave | Temperatura de flexión bajo carga |
|---|---|---|
| Nylon 12 Powder | La opción de material para SLS más económica, con un índice de renovación alto, mayor rigidez y mayor temperatura de flexión al verse sometido a cargas que el Nylon 11 Powder, con una mejor resistencia a la flexión. Si las máscaras requieren un componente rígido o minimizar los costes de producción, elige el Nylon 12 Powder. | 171 °C |
| Nylon 11 Powder | Un material de alto rendimiento con gran resistencia a los impactos, un buen rendimiento en los detalles delgados y un alto grado de ductilidad. El Nylon 11 Powder es una buena elección para hacer máscaras flexibles de SLS o máscaras que requieren detalles muy finos. | 182 °C |
| Nylon 11 CF Powder | Las propiedades del material se han mejorado. Si se está produciendo una máscara rígida con alta resistencia a los impactos y una alta temperatura de flexión bajo carga, el Nylon 11 CF Powder tiene mucho que ofrecer. | 188 °C |
| TPU 90A Powder | Un material elastomérico para SLS que permite crear componentes flexibles con un alto grado de flexibilidad de diseño. El poliuretano termoplástico se puede usar para juntas, tapones y máscaras flexibles. | 94 °C |
Caso de estudio: Combinación de fijación y máscara impresa mediante SLS de NIC Industries (Cerakote)
NIC Industries, el fabricante del Cerakote, lleva mucho tiempo revistiendo piezas impresas en 3D y usando máscaras impresas en 3D, y las encuentra especialmente útiles a la hora de utilizar su máquina robótica de aplicación de Cerakote para una producción de alto volumen.
Para una serie de producción en lotes de piezas de muestra, NIC Industries trabajó con Formlabs para producir 1000 unidades, utilizando las máscaras impresas en 3D para enmascarar ciertas superficies de forma rápida y eficiente. Las máscaras se imprimieron usando el Nylon 12 Powder en la impresora SLS Fuse 1+ 30W, y se utilizaron para cubrir el interior del conjunto de dos piezas del producto final, evitar que el aerosol llegue a zonas no deseadas y crear una delineación limpia entre los colores. Las máscaras también sirven para fijar la pieza al conjunto robótico aplicador, lo que hace posible una gran productividad y un revestimiento uniforme.
Máscara y fijación impresa en 3D mediante SLS (izquierda) máscaras impresas en 3D fijadas para permitir un revestimiento robotizado (centro) y una pieza de muestra de dos partes impresas en 3D mediante SLS y acabada con Cerakote H-Series (derecha).
Por otro lado, NIC Industries necesitaba posacabar este cuerpo de arco y al mismo tiempo proteger el canal interno de una rosca de tornillo durante la fase de revestimiento antes del montaje final. Antes de aplicar el Cerakote, NIC Industries diseñó e imprimió en 3D una máscara para proteger las superficies interiores de este cuerpo de arco. Diseñaron una máscara con forma de clavija que encaja en la rosca del tornillo y evita que el material de revestimiento entre en la cavidad, para asegurar un enroscamiento sin problemas en el montaje final. Las clavijas se pueden retirar con facilidad y doblarse ligeramente para entrar y salir de la cavidad, y son lo bastante resistentes como para utilizarse en cientos de aplicaciones de revestimientos.
Máscara impresa en 3D de dos piezas de Nylon 12 Powder para cuerpo de arco
Cuerpo de arco y máscara impresa en 3D montados
Las máscaras impresas en 3D reducen los costes y mejoran la estética y el rendimiento
Imprimir en 3D máscaras en tus propias instalaciones puede reducir los costes de mano de obra, mejorar el aspecto y el rendimiento de las piezas finales y agilizar los procesos de validación. El uso de piezas impresas en 3D en aplicaciones de uso final cada vez está más extendido, y a menudo, pasos como el revestimiento, el tinte y el pintado son necesarios. Las herramientas de enmascaramiento son necesarias tanto para estas piezas impresas en 3D como para muchos objetos fabricados de forma tradicional. Las ventajas que la impresión 3D ofrece para la pieza en sí misma (personalización, libertad de diseño, asequibilidad de la producción de bajo volumen) también se aplican a la fabricación de las máscaras. Al aprovechar la velocidad, la eficiencia y la versatilidad de los materiales de Formlabs, las impresoras SLA y SLS pueden optimizar la fabricación in situ de herramientas de enmascaramiento y reducir los cuellos de botella en tu cadena de suministro.
Para saber más acerca de qué impresora 3D y qué material de Formlabs son los más adecuados para tu aplicación de enmascaramiento, contacta con nuestro equipo de ventas o descarga nuestro libro blanco para explorar diversos métodos de enmascaramiento y ver los resultados de nuestros ensayos.
