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Creación de prototipos 3D: descripción general de la impresión de prototipos 3D

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HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/es/impresion-de-prototipos-3d/" title="Creación de prototipos 3D: descripción general de la impresión de prototipos 3D">Creación de prototipos 3D: descripción general de la impresión de prototipos 3D

Atrás quedaron los días de los modelos hechos a mano. Hoy en día, si busca conquistar a sus posibles inversores, clientes o gerentes, necesita un prototipo o modelo tangible para mostrar la viabilidad y funcionalidad del producto. Esto se puede lograr utilizando Impresión 3d para el desarrollo de prototipos. Nada puede superar mejor el valor de presentación y el atractivo de un producto que un prototipo 3D. Es fácil de hacer, asequible y conlleva muchos otros beneficios. 

Aquí le ofrecemos una descripción general de la técnica de fabricación. 

¿Qué es la impresión de prototipos 3D?

creación de prototipos 3D o fabricación aditiva es una poderosa herramienta para la creación de prototipos y la innovación. El proceso ayuda a crear modelos físicos de objetos tridimensionales y se utiliza ampliamente para construir prototipos para diseño de productos, ingeniería y otras aplicaciones.

En lugar de eliminar materiales como los métodos tradicionales (fabricación sustractiva), se añaden capas de materiales (materiales, plástico, etc.). Esto lo hace popular por varias razones:

  • Creando geometrías complejas: Mientras que los métodos tradicionales luchan con formas o características internas intrincadas, la fabricación aditiva puede construirlas capa por capa fácilmente.
  • Flexibilidad e iteración: ¿Necesitas modificar un diseño? Simplemente modifique el archivo digital e imprima una nueva versión. Este ciclo de iteración rápida es perfecto para probar y perfeccionar rápidamente prototipos antes de comprometerse con la producción en masa.
  • Reducción de residuos y uso de materiales.: A diferencia de los métodos sustractivos que generan material de desecho, la fabricación aditiva solo utiliza el material necesario para el objeto final. Esto puede ser más eficiente y respetuoso con el medio ambiente.

Tipos de impresoras 3D para creación de prototipos

Existen varias impresoras en el mercado diseñadas específicamente para manejar el desarrollo de prototipos. Algunos de ellos incluyen: 

FDM (modelado por deposición fundida)

Impresora 3D que ejecuta modelado por deposición fundida con filamento amarillo, que representa el proceso de fabricación aditiva

Otro término para esta tecnología es fabricación de filamentos fundidos (FFF). El modelado por deposición fundida es un proceso que funciona para modelos básicos de prueba de concepto, además de la creación de prototipos rápidos y de bajo costo de piezas simples. En comparación con otros métodos, la tasa de precisión y el poder de resolución son mayores. Sin embargo, debe evitarse en diseños complicados. 

Materiales para la impresión 3D FDM: ABS, PLA, PETG, Nylon, TPU, PVA, HIPS y Composites (fibra de carbono, kevlar, fibra de vidrio). 

VentajasDesventajas
Altamente asequibleBaja resolución
Fácil de hacerLa calidad no es demasiado alta.
No te preocupes por la contaminaciónLa integridad estructural no es alta
Utiliza una amplia gama de materiales de filamento.Opciones de color limitadas

SLS (sinterización selectiva por láser)

Ilustración del proceso de sinterización selectiva por láser con diseño CAD en transición a CAM y fabricación por láser

SLS, o fusión láser de lecho de polvo, funde polímeros en polvo en capas con la ayuda de un láser. Puede crear prototipos funcionales listos para pruebas en el mundo real en motores y maquinaria. Su calidad no tiene comparación en la creación rápida de prototipos. Por ejemplo, el nailon relleno de fibra de carbono se fabrica prestando total atención al detalle para que esté preparado para afrontar condiciones climáticas adversas.  

Materiales para la sinterización selectiva por láser: Resinas estándar, Resina transparente, Resina borrador, Resinas resistentes y duraderas, Resinas rígidas, Resinas de poliuretano, Resina de alta temperatura, Resinas flexibles y elásticas, Resina de silicona 40A, Resinas médicas y dentales, Resina ESD, Resina retardante de llama (FR), Resina de alúmina 4N y Resinas para joyería. 

VentajasDesventajas
Impresión rápida de un gran volumen de piezasDistorsión debido a la contracción después de la producción.
Las piezas generadas son muy flexibles y precisas.La superficie carece de suavidad
No es necesaria una estructura de soporteProblemas respiratorios debido al uso de polvo.

Estereolitografía (SLA)

Diagrama de un aparato de estereolitografía con fotopolímero líquido curado por láser para crear piezas 3D capa por capa

La tecnología de fotopolimerización utiliza una fuente de luz ultravioleta para solidificar resinas fotosensibles y construir prototipos complejos capa por capa hasta que el modelo esté listo. Sólo es aplicable para prototipos 3D de alta resolución. Puede utilizarlo para fabricar piezas mecánicas, modelos arquitectónicos, diseños de joyería y otros productos de consumo.

Materiales para estereolitografía: Nylon 12, Nylon 11, compuestos de nylon, polipropileno y TPU. 

VentajasDesventajas
Superficie lisa con un alto acabado superficial.No es amigable con el medio ambiente
Imprime con precisión la geometría interna y externaNo se pueden imprimir impresiones grandes
Corto tiempo de impresiónNecesita curar después de cada impresión. 

Polimerización de dos fotones (TPP)

Esquema de la configuración de polimerización de dos fotones con láser de femtosegundo y etapa de posicionamiento XYZ de precisión.

Como tecnología de microimpresión, TPP puede imprimir piezas de menos de 0,1 micras. Utiliza una resina fotosensible y un láser de femtosegundo pulsado apuntado a una resina especial. Este láser convierte pequeños trozos de líquido en trozos sólidos, construyendo un objeto 3D capa por capa. Esto le permite crear objetos detallados que pueden tener unos pocos milímetros de tamaño con detalles nanométricos.

El TPP encuentra aplicación en aplicaciones médicas, investigación y fabricación de piezas pequeñas, como electrodos de tamaño micro y sensores ópticos.

Materiales para la polimerización de dos fotones: resinas poliméricas líquidas

VentajasDesventajas
Resolución inigualableVelocidad de impresión lenta
Fabricación directa en 3D. Sin necesidad de estructuras de soporteEquipo costoso
Versatilidad de materialesSelección de materiales limitada
Impacto de calor mínimoVolumen de construcción limitado

Procesamiento de luz digital (DLP)

Configuración del proyector de procesamiento digital de luz (DLP) en una sala de control con equipo electrónico asociado

En la impresión DLP 3D, se utiliza un proyector de luz digital para mostrar una imagen de cada capa. Sucede sobre una capa de resina. DLP es una opción común para producir piezas más grandes o varias piezas en un solo lote, ya que ofrece tiempos constantes independientemente de la cantidad de piezas. 

El procesamiento de luz digital es aplicable en pantallas estáticas, pantallas interactivas y también en usos de seguridad, médicos e industriales.

Materiales para el procesamiento digital de la luz: resinas termoplásticas, metales y resinas curables por ultravioleta

VentajasDesventajas 
Alta precisión y detalleVolumen de construcción limitado
Velocidades de impresión rápidasCausa voxelización
Amplia gama de materialesLío de resina
Relativamente asequibleCausa voxelación

Pantalla de cristal líquido (LCD)

Ilustración de un proceso de impresión 3D basado en LCD con etapas secuenciales de proyección y elevación de capas

Esto es casi similar al procesamiento digital de luz (DLP). Sin embargo, la diferencia radica en el uso de LCD para los primeros. Además, la razón por la que tiene un precio más alto. Al igual que DLP, la pantalla LCD muestra una imagen digital compuesta por pequeños puntos cuadrados. El tamaño de estos puntos en la pantalla decide qué tan elaborada será la impresión. 

Materiales para pantalla de cristal líquido: materiales compuestos

Ventajas Desventajas
Alto detalle y resoluciónVolumen de construcción limitado
Velocidad de impresión más rápidaImpresiones frágiles
Acabado superficial más suaveRequiere ventilación debido al desorden de resina.
Amplia variedad de materialesMayor costo

Impresión 3D de metales

Para productos metálicos, se necesita un prototipo metálico. Recuerde, las alternativas de polímeros son más baratas que la tecnología de impresión 3D de metal. Optar por la impresión 3D es una mejor opción que Fresado CNC de acero inoxidable moldeo por inyección ya que estos crean prototipos sin dejar ningún material de desecho.  

Tipos de impresión 3D de metales

MDF metálico: Al igual que las impresoras FDM tradicionales, estas construyen piezas exprimiendo filamentos rellenos de metal y eliminando sus capas vinculantes en un horno.  

SLM (fusión selectiva por láser) y DMLS (sinterización directa por láser de metales): A partir de los polímeros, las tecnologías SLM y DMLS aprovechan el poder de los láseres para fusionar meticulosamente polvo metálico en intrincadas creaciones capa sobre capa. Son perfectos para varias aplicaciones en los campos aeroespacial, automotriz y médico.

Materiales para la impresión 3D de metal.: Titanio, Acero inoxidable, Aluminio, Acero para herramientas y aleaciones de níquel.

VentajasDesventajas
Permite la creación de geometrías y características internas altamente complejas.Alto costo
creación rápida de prototiposA menudo requiere un posprocesamiento extenso
Reduce el desperdicio de materialLa precisión y el acabado superficial no son los deseados
Produce piezas ligeras.Limita la selección de materiales.

Usos 

La impresión 3D permite liberarse de los moldes y formas rígidos de antaño. Las curvas intrincadas, las celosías intrincadas y las estructuras huecas no suponen ningún problema.

Tipo de Materiales para Impresión 3D

La impresión 3D requiere algunas materias primas para crear prototipos innovadores y futuristas. Éstas incluyen:

Plástica

Uno de los materiales más utilizados en la impresión 3D son los plásticos. La razón por la que se utilizan ampliamente es su capacidad para crear prototipos para diversas industrias, como juguetes para niños y artículos domésticos sofisticados. Los ejemplos incluyen figuras de acción, utensilios y jarrones. 

Plástico: la materia prima puede ser transparente, coloreada o disponible en bobinas. Dependiendo de la textura deseada, puedes comprar plástico mate o brillante. Además, son rentables y no le harán un agujero en el bolsillo. 

Las impresoras FDM se utilizan principalmente para crear productos de plástico. Todo el plástico impreso en 3D puede transformarse en cualquier forma imaginable, desde montañas rusas planas hasta engranajes intrincados y curvas suaves hasta paisajes texturizados. A continuación se muestran algunos tipos de plásticos que se utilizan habitualmente:

Ácido poliláctico (PLA): una opción ecológica: se obtiene de productos naturales como la caña de azúcar y el almidón de maíz. Están disponibles tanto en formas blandas como duras. Este último es más resistente y, por tanto, perfecto para diversos productos industriales.

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): Otro nombre, Lego Plastico, esta es una opción ideal para las impresoras 3D. Se compone de filamentos similares a pasta que ayudan a crear un material súper fuerte y flexible. Son ideales para construir un sinfín de cosas o pegar diseños divertidos en cualquier superficie. Si bien lo prefieren los impresores aficionados, también se utiliza comúnmente en la producción de bienes de consumo disponibles comercialmente.

Policarbonato (PC): No tan utilizada como los otros tipos, la PC es compatible con impresoras de alta temperatura cuyas boquillas tienen alta precisión. 

Plástico de alcohol polivinílico (PVA): Cuando busca una impresora económica, PVA es la opción correcta. El PVA es una opción adecuada como material de soporte soluble. Aunque puede que no sea adecuado para productos de alta resistencia, sigue siendo una solución rentable para artículos de uso temporal.

Polvos

Las impresoras 3D de alta tecnología emplean materiales en polvo para esculpir diferentes productos fundiéndolos y aplicando capas de polvo. Esto crea objetos con espesor, textura y patrones perfectos. Los diferentes tipos de polvos que se utilizan en la impresión 3D incluyen

Poliamida (nylon): Dos motivos que diferencian a la poliamida del resto son la resistencia y la flexibilidad. Esta combinación única hace que funcione para imprimir objetos con detalles finos, como los engranajes de un pequeño robot o los delicados rasgos de una figura en miniatura. 

Alumida: La poliamida, una combinación de poliamida y aluminio gris, garantiza modelos impresos en 3D de una resistencia extremadamente alta. Puede confiar en él para prototipos y modelos industriales. 

Resinas.

En comparación con otros materiales, la resina no es tan fuerte ni flexible. Dado que comprende un polímero líquido, la resina se solidifica al exponerse a la luz ultravioleta. Está disponible principalmente en opciones negro, blanco y transparente; También se han creado algunos artículos impresos en naranja, rojo, azul y verde. Se puede dividir en tres categorías:

Resina transparente. Su incomparable resistencia la convierte en una de las resinas más buscadas para productos impresos en 3D. Los prototipos resultantes son transparentes (como su nombre indica) y suaves. 

resina pintable: Algunas resinas destacan en el departamento de estética. Por ejemplo, las figuras con detalles faciales realistas que se pueden pintar o las elegantes esculturas que atraen todas las miradas son el resultado de resinas que se pueden pintar. 

Resinas de alto detalle: Modelos pequeños pero con muchos detalles, eso es lo que hacen las resinas de alto detalle. Imagínese figuras que miden apenas diez centímetros de alto y están adornadas con ropa intrincada y rasgos faciales realistas. 

Rieles

Después de los plásticos, los metales son el material más utilizado. Son capaces de dar vida a productos que soportan el desgaste diario, como joyas complejas e incluso piezas de aviones. Además, los avances en la tecnología de impresión 3D basada en metal permiten a los fabricantes utilizar DMLS para la producción a altas velocidades y volúmenes. 

Aquí está la amplia gama de metales utilizados para la impresión 3D

  • Aluminio: Ideal para objetos metálicos finos
  • Bronce: Jarrones y algunos otros accesorios.
  • Acero inoxidable: Aquellos componentes que pueden entrar en contacto directo con el agua.
  • Níquel: sirve para imprimir monedas.

Otros materiales 

Algunos otros materiales utilizados para la impresión 3D incluyen fibra de carbono, nitinol, grafito, grafeno y papel. 

Cómo imprimir un prototipo 3D

Se lleva a cabo en 4 sencillos pasos:

  • Diseñar un modelo usando un programa de computadora. Realice cambios en esta etapa si nota algún defecto. 
  • Utilice un software de corte para dividirlo en capas finas. Ajuste configuraciones como la altura de la capa, el porcentaje de relleno, las estructuras de soporte y la velocidad de impresión. Este proceso genera un código G.
  • La impresora construirá el objeto capa por capa utilizando los materiales y métodos elegidos. Cuando se imprimen todas las capas, el objeto estará listo y podrá retirarse de la plataforma de construcción. 
  • Retire las estructuras de soporte con cuidado utilizando alicates y cortadores. Limpie cualquier material residual o suciedad de la superficie del objeto impreso utilizando métodos como cepillado, lijado o lavado.

Aplicaciones de la impresión 3D

Bienes de consumo

La personalización y la innovación son las piedras angulares del éxito en el dinámico mercado de consumo actual. El 3D es la técnica de la nueva era para que los minoristas y fabricantes los desbloqueen todos. Es la nueva forma de diseñar, producir y experimentar los productos que amamos.

La I+D de impresoras 3D de escritorio industriales está facilitando a los ingenieros y diseñadores revolucionar la forma en que funciona esta industria. 

Moda

Producir diseños personalizados nunca ha sido tan fácil. La industria de la moda está aprovechando la tecnología de impresión 3D para atender a sus clientes. Pueden realizar diseños complejos de forma fácil y rápida sin mucha interferencia manual. 

Incluso utilizan materiales desconocidos, como el plástico, para crear diseños, ampliando así los horizontes textiles.

Aeroespacial

La industria aeroespacial es una de las primeras industrias en utilizar la impresión 3D. De hecho, el tamaño del mercado mundial de impresión 3D aeroespacial alcanzó la friolera de 4.600 millones de dólares estadounidenses $ en 2023. No solo esto, sino que se espera que crezca a una tasa compuesta anual de 16,2% de 2024 a 2032. 

Airbus, Boeing, GE, GKN y Safran son los actores clave en este ámbito. Utilizan la impresión 3D para crear componentes livianos, prototipos funcionales y herramientas. 

Educación

Este sector está utilizando el poder del 3D para revolucionar la forma en que los estudiantes aprenden. Los estudiantes pueden utilizar esta tecnología para crear modelos. Esto ayuda a este último a comprender mejor los conceptos. No sólo esto, sino que los profesores también lo utilizan para preparar sus planes docentes.

No es de extrañar, entonces, que el mercado de Impresión 3d en educación crecerá a una CAGR de 12.12% entre 2022 y 2027. 

Construcción

En la construcción se preparan diferentes componentes y estructuras mediante impresión 3D. Todas las estructuras complicadas se pueden fabricar a un precio mucho menor. Algunas de las estructuras que utilizan esta tecnología incluyen moldes y formas. 

Estas son las razones por las que el mercado de la impresión 3D en la industria de la construcción prevé alcanzar los 519.490 millones de dólares en 2032. 

Médico

El uso de la impresión 3D está en auge en esta industria y seguirá haciéndolo en los próximos años. Los expertos creen que su uso llegó para quedarse. Las aplicaciones son versátiles y pueden variar desde prótesis, implantes y bioimpresión hasta planificación y pruebas quirúrgicas.

Gracias a la creación rápida de prototipos de bajo costo, los fabricantes de dispositivos médicos pueden probar y perfeccionar rápidamente sus diseños. Esto ayudará a aportar nuevas ideas a los pacientes aún más rápido. No sólo esto, sino que el 3D también puede ayudar a construir dispositivos específicos para cada paciente y garantizar un ajuste perfecto y un resultado óptimo.

Automotor:

Según un informe de SmartWatch, los ingresos mundiales por impresión 3D alcanzarán los $7,9 mil millones para 2027. Esto muestra cuán esencial se ha vuelto la creación de prototipos 3D para esta industria. Dejando a un lado la creación de prototipos, las empresas están utilizando herramientas como uno de los principales usos de la impresión 3D. 

Por tanto, se pueden esperar soluciones a medida, además de una producción más rápida, gracias al uso de prototipos 3D en la industria automovilística. No sólo esto, sino que los diseñadores también obtienen múltiples alternativas de diseño y flexibilidad a la hora de diseñar los prototipos.

Conclusión

Sabemos que la creación de prototipos es un proceso esencial en el desarrollo de productos que ayuda a diferentes industrias de diferentes maneras. La impresión 3D tiene capacidades asombrosas en el desarrollo de prototipos. Al usarlo, estas industrias pueden asegurarse de mantenerse por delante de la competencia. 

Si es alguien que busca aprovechar todo el potencial de la impresión 3D para sus proyectos, considere asociarse con Hola superior industrial. Utilizamos nuestra experiencia y conocimientos para ayudar a todos los innovadores, diseñadores e ingenieros a hacer realidad sus visiones. 

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