impresión 3d: conceptos básicos - colegio de … · impresora en 3d) ventajas • exactitud y...
TRANSCRIPT
Impresión 3D: Conceptosbásicos
Dr. Víctor López García
Advanced Lead Engineer
GE Power Controls Iberica S.L.
COIIM 17 Marzo 2014
2Dr. Víctor López García
17/03/2014
Impresión 3D
Índice
1.Conceptos
2.Algunas Tecnologías Disponibles
3.Ejemplos de Aplicaciones
3Dr. Víctor López García
17/03/2014
Estamos hablando de Imprimir?1. tr. Marcar en el papel o en otra materia las letras y otros caracteres gráficos mediante procedimientos adecuados.
2. tr. Confeccionar una obra impresa.
3. tr. Estampar un sello u otra cosa en papel, tela o masa por medio de la presión.
4. tr. Fijar en el ánimo algún afecto, idea, sentimiento, etc.
5. tr. Dar una determinada característica, estilo, etc., a algo.
6. tr. ant. Introducir o hincar con fuerza algo en otra cosa.
O de Fabricar?1. tr. Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos.
2. tr. Construir un edificio, un dique, un muro o cosa análoga.
3. tr. elaborar.
1. tr. Transformar una cosa u obtener un producto por medio de un trabajo adecuado.
2. tr. Idear o inventar algo complejo.
4. tr. Hacer, disponer o inventar algo no material.
Impresión 3D
4Dr. Víctor López García
17/03/2014
Por qué entonces todo el mundo habla de Impresión 3D?• Algunas tecnologías / máquinas se asemejan funcionalmente a una
impresora doméstica• Se consigue “acercar” a todo tipo de público el concepto: todo el mundo
sabe lo que es una impresora• Se genera un movimiento global sobre cómo van a cambiar nuestras
vidas gracias a este “nuevo” descubrimiento
Pero• No todas las tecnologías y/o máquinas se parecen a, o funcionan como
una impresora doméstica• Desde luego no todas cuestan como una impresora• Se genera confusión entre las capacidades de las distintas tecnologías
disponibles y entre los distintos rangos de productos: doméstico o profesional
• Se habla de la “impresora”, pero no se habla del “ordenador” y de qué contenidos vamos a “imprimir”
Impresión 3D
5Dr. Víctor López García
17/03/2014
Es la obtención de un modelo físico directamente del modelo 3D asociado
Este modelo 3D puede provenir de distintas fuentes, pero generalmente todas ellas tienen que transformarlo en un modelo STL
Se han usado distintos nombre para hacer referencia a este único concepto de fabricación: “direct manufacturing”, “direct fabrication”, “digital manufacturing”, rapidprototyping,…
Ahora mismo se usan básicamente los nombres de impresión 3D o Fabricación Aditiva (AM)
Impresión 3D – Fabricación Aditiva
6Dr. Víctor López García
17/03/2014
La impresión 3D abarca distintos tipos de tecnologías de construcción por capas (LMT), básicamente
Los posibles materiales van desde polímeros, plásticos, ceras, hasta metales con características idénticas a los obtenidos por otros medios
Su gama de aplicaciones es muy amplia y va desde el prototipo meramente conceptual a la pieza final
Pueden aportar ventajas competitivas en el proceso de diseño y en la fabricación de piezas especialmente complicadas únicas o en series cortas (personalización)
Impresión 3D – AM
7Dr. Víctor López García
17/03/2014
Y al decir que la idea no es nueva, realmente queremos decirque no es nueva
Fabricación Aditiva por capas
Impresión 3D – AM
La idea de descomponer una realidad física en capas, para después poder reconstruirla en otro sitio no es nueva, y es aparentemente sencilla de entender
8Dr. Víctor López García
17/03/2014
Industrialmente tampoco es algo que haya aparecido hace un par de años
Viendo el video nos damos cuenta de que no se ha avanzado tanto en su adopción como se esperaba
Impresión 3D – AM
Charles Hull: Inventor estereolitografía(3D Systems) en Good MorningAmerica - 1989
10Dr. Víctor López García
17/03/2014
Ventajas:
• Exactitud y acabado superficial
• Variedad de materiales
Desventajas
• No es muy “de oficina”
• Coste total: adquisición, mantenimiento, inmovilizado,…
• Post-procesado
Estereolitografía (SLA)
• Se construye la pieza en un depósito llenos de resina líquida que se desplaza verticalmente
• La resina se polimeriza con el láser que “dibuja” la sección
Impresión 3D – AM: Tecnologías
11Dr. Víctor López García
17/03/2014
Ventajas
• Materiales totalmente funcionales, en plásticos y metales
Desventajas
• Coste total: precio, mantenimiento, inmovilizado,…
• Post-proceso
• Lentitud (del proceso completo)
• Exactitud y acabado superficial
• No para oficina
Sinterizado láser (SLS, DMLS)
• La pieza se construye en un recipiente lleno de material en polvo que se desplaza verticalmente
• Este polvo se funde mediante el láser
Impresión 3D – AM: Tecnologías
12Dr. Víctor López García
17/03/2014
Ventajas:
• Materiales muy funcionales
• Rango de equipos disponibles
Desventajas:
• Exactitud y acabado superficial
• Lentitud
• Post-proceso
• El ABS se extruye, no se inyecta
Deposición hilo fundido (Fused Deposition Modeling - FDM):
• No usa láser
• El modelo se construye sobre una bandeja vacía
• Realmente sí se parece a una impresora en 3D
Impresión 3D – AM: Tecnologías
13Dr. Víctor López García
17/03/2014
Impresión 3D a colores
• No usa láser, sino inyectores de tinta estándar
• Se construye la pieza en un lecho de material en polvo
• Combinamos distintos líquidos aglutinantes para conseguir cualquier color
Ventajas:
• Color
• Rápido y barato
Desventajas
• Acabado superficial y exactitud
• Rango de materiales limitado
• No de oficina
• Post-proceso
Impresión 3D – AM: Tecnologías
14Dr. Víctor López García
17/03/2014
Inyección de resina líquida (3D Systems – MJM Multi Jet Modeling)
• No usa láser: se polimeriza la resina con luz
• La pieza se construye en una bandeja vacía (parece una impresora en 3D)
Ventajas
• Exactitud y acabado superficial
• Rango de equipos
Desventajas
• Rango de materiales limitado en cuanto a propiedades
• Post-proceso
Impresión 3D – AM: Tecnologías
15Dr. Víctor López García
17/03/2014
Inyección de resina líquida (Objet / Stratasys – Polyjet)
• No usa láser: la resina se polimeriza con luz
• Se construye el modelo en una bandeja vacía
Ventajas
• Exactitud y acabado superficial
• Rango de equipos
Desventajas
• Propiedades mecánicas y térmicas limitadas
Impresión 3D – AM: Tecnologías
16Dr. Víctor López García
17/03/2014
Inyección de resina líquida multimaterial (Objet / Stratasys –Polyjet Matrix)
• Piezas de distintos materiales construidas a la vez
• Piezas conteniendo más de una material
• Piezas con materiales compuestos
Polyjet Matrix
Impresión 3D – AM: Tecnologías
17Dr. Víctor López García
17/03/2014
Algunos aspectos a considerar
• Tenemos que tener claro que es lo que buscamos o necesitamos de la impresión 3D. No hay una tecnología que sea perfecta para todaslas aplicaciones
• El precio de adquisición solo es una parte de todo lo que tenemosque considerar: mantenimiento, recambios, materiales (precio y gama,…)
• Construir una pieza es mucho más que el propio proceso de construcción: costes ocultos y post-proceso
• Considerar aspectos como el servicio post-venta que se ofrece: hay muchas máquinas por ahí que están paradas, por falta de técnicoscualificados, por recambios que se tienen que comprar en el extranjero,…
Impresión 3D – AM: Tecnologías
18Dr. Víctor López García
17/03/2014
Algunos aspectos a considerar
• Tolerancias, exactitud,… en los folletos no suelen ser muy “exactos”: tomarlos más bien como una indicación y hacer pruebas en base a un ejemplo concreto, o con una pieza patrón
• La mejor manera de “asegurar” unas tolerancias antes de fabricar, es tener estudiada esa pieza particular: orientación, colocación en la bandeja, etc…
• El datos numérico más exacto de los folletos suele ser el alto de capa, que tiene una influencia evidente en la capacidad de realizar modelos con mayor o menor exactitud
Impresión 3D – AM: Tecnologías
19Dr. Víctor López García
17/03/2014
De manera general, cualquier empresa que diseñe/desarrolle productos, puede beneficiarse del uso de la impresión 3D /AM
• Favorece la llegada al mercado más rápidamente y con mayor innovación (mejor comunicación: mejor entendimiento entre todo el equipo)
• Ayuda a reducir costes de desarrollo (mejor comunicación: reduce errores)
• Fomenta la creatividad• Ayuda a reducir el paso a la producción: preseries, moldes prototipo,…
Las distintas aplicaciones en una empresa cubren todo el ciclo de diseño/desarrollo, desde las pruebas y validaciones más conceptuales, hasta la fabricación
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
20Dr. Víctor López García
17/03/2014
Las aplicaciones se extienden a campos como: medicina, industria del entretenimiento, educación, restauración artística …
Es fuente también de nuevos modelos de negocio, como la “impresión” a la carta personalizada, la reproducción de piezas únicas, etc…
La mejor manera de “descubrir” nuevos usos que nos sean interesantes es usando y probando
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
21Dr. Víctor López García
17/03/2014
Validación de diseños y ensamblajes (funciones y dimensiones)
• Validar el encaje de las piezas
• Usar las piezas para probar un ensamblaje más completo
• Validar capacidad de montar y desmontar
• Poder hacer ensayos
• …
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
22Dr. Víctor López García
17/03/2014
Ergonomía
• Aunque existen softwaresespecíficos, nada puede sustituir a la validación sobre una pieza física
This image cannot currently be displayed.This image cannot currently be displayed.
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
24Dr. Víctor López García
17/03/2014
Piezas con características especiales
• Resistencia a Impacto y Aislamiento de Vibraciones
• Juntas de Sellado, Tapones
• Soft Touch y Overmolding
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
25Dr. Víctor López García
17/03/2014
Moldes de silicona• La pieza se usa como patrón para el
molde
• Para series cortas
• Se obtienen piezas con características muy similares a material final
This image cannot currently be displayed.
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
Termoconformado• Ejemplo: aplicaciones de packaging
• Se usa la pieza como molde, si tiene la suficiente calidad superficial y nivel de detalle
26Dr. Víctor López García
17/03/2014
Inyección con moldes de resina plástica• Opción muy económica y rápida para pequeñas series: validación,
ensayos, etc…
• Cuidado con las necesidades de proceso de nuestro plástico a inyectar (temperatura)
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
28Dr. Víctor López García
17/03/2014
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
Moldes metálicos (insertos) con canales conformales: Mejora del proceso de inyección para piezas complejas
29Dr. Víctor López García
17/03/2014
Sin enfriamiento
Tiempo medio: 152 s Tiempo medio: 6.43 s
Con enfriamiento
Deformación Max. 0,25 mm Deformación Max. 0,1mm
Temperatura Max. 138ºC Temperatura Max. 79ºC
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
Moldes metálicos (insertos) con canales conformales
30Dr. Víctor López García
17/03/2014
Fabricación de piezas finales de alto valor añadido• Las aplicaciones se centran en piezas muy especiales con un altísimo
valor añadido y que se vayan a fabricar en series no muy grandes
• Principalmente la aplicación del AM se suele centrar en
• Unir funciones de varias piezas en una sola
• Diseñar nuevas funcionalidades
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
31Dr. Víctor López García
17/03/2014
Fabricación de piezas finales de alto valor añadido• El sector que parece que más decididamente está apostando por esta
posibilidad es la aviación
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
GE Turns to 3D Printers for Plane Parts
GE Printing Engine Fuel Nozzles Propels $6 Billion Market: Tech
32Dr. Víctor López García
17/03/2014
Rakes o peines de intrumentación
• Pieza fabricada medianteDMLS de Inconel
• Acabado pulido
• Fabricada de una únicapieza
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
34Dr. Víctor López García
17/03/2014
Utillajes para ensamblaje y fabricación• Posibilidad de imprimir dispositivos a medida de cada caso: reducir errores
de montaje aumentando la velocidad
• Dispositivos para posicionar piezas, para fabricación o para ensayos
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
35Dr. Víctor López García
17/03/2014
Utillajes para ensamblaje y fabricación• Diseñamos y fabricamos de manera rápida el utillaje más adecuado a
nuestra necesidad
• Esta aplicación no es la más obvia para el usuario que empieza en este mundo, pero son de grandísima ayuda al aumento de la eficiencia de la empresa
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
36Dr. Víctor López García
17/03/2014
AutomociónOtro sector que prácticamente se beneficia en todo el ciclo de desarrollo
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
38Dr. Víctor López García
17/03/2014
Simulación real de espacio para electrónica, de textura de tacto, etc… todo en una sola pieza
Mandos a distancia
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
39Dr. Víctor López García
17/03/2014
Se pueden fabricar y validar compartimentos que tengan parte rígida y flexible
Componentes tapizados
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
40Dr. Víctor López García
17/03/2014
Medicina
• Planificación quirúrgica: Permite definir los pasos a seguir y el instrumental necesario con antelación, reduciendo el tiempo total de intervención
• Educación
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
41Dr. Víctor López García
17/03/2014
Medicina
• Modelos, prótesis y guías quirúrgicas personalizadas
• Reconstrucción personalizada
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
42Dr. Víctor López García
17/03/2014
Dental
• Modelos de yeso
• Alineadores
• Guías quirúgicas
En este sector se ha avanzado enormemente gracias a la aparición de nuevos y más económicos escáners intraorales y escáners para modelos de yeso
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
Duración : 8 semanasCoste repuesto: 900€Plazo entrega: semanasCoste parada: tremendo
Impresión 3D – AM: Aplicaciones
Ventajas:• Una sola pieza
Desventajas:• +1.100€ / pieza
Duración : 8 semanasCoste repuesto: 900€Plazo entrega: semanasCoste parada: tremendo
Duración : +20 semanasCoste repuesto: +1.100€Plazo entrega: díasCoste parada: tremendo
Impresión 3D – AM: Aplicaciones