Introducción a la impresión 3D
Bienvenido a esta breve introducción a la impresión 3D. Aquí queremos explicar un poco por encima las diferentes técnicas de producción que existen actualmente en el mercado. No vamos a profundizar en exceso en todas ellas, salvo en las técnicas aditivas (o de impresión 3D), pero eso será en próximos artículos.
A la hora de fabricar un producto, bien sea para producción en serie o para prototipado, disponemos de un amplio abanico de posibilidades. La elección del método de fabricación es a menudo, la consideración mas importante al diseñar piezas para producción.
El diseño a producir se puede hacer a través de una gama de técnicas de fabricación, cada una con sus ventajas y sus inconvenientes.
Nuestro propósito en esta introducción a la impresión 3D es la de identificar donde se halla la impresión 3D como método de fabricación en relación con procesos mas tradicionales como el CNC (control numérico), moldeo por inyección y fundición.
Técnicas de fabricación
La mayoría de las técnicas de fabricación existentes se podrían clasificar dentro de 3 grupos principales. Se podrían definir así:
- Formativa
- Sustractiva
- Aditiva
Fabricación formativa
Es la técnica de fabricación mas adecuada para un alto volumen de piezas. La producción es muy rápida y a un coste por pieza reducido. Por contra, requiere una gran inversión en las herramientas (moldes)
Dentro de esta categoría podríamos englobar técnicas como moldes de inyección, fundición, estampación y forja. Normalmente en estos procesos se crea material con la forma deseada mediante presión y calor.
El material fundido se deposita dentro de un molde (en el caso de la inyección o fundición) o se presiona y estira a su forma deseada (en el caso de la estampación o forja).
Este tipo de técnicas producen piezas en muy diversos materiales, como metales y plásticos de todo tipo. Para una gran producción de piezas, la fabricación formativa no tiene rival en coste, ya que aunque los moldes son de un coste elevado, las piezas en sí son muy económicas.
La mayor limitación o problema de este tipo de fabricación reside en el propio molde. Esta herramienta es a menudo excesivamente cara y difícil de fabricar. Esto conlleva mayores plazos de entrega y retrasando el tiempo de fabricación, siendo utilizada únicamente para largas series de producción.
Fabricación sustractiva
Es una técnica de fabricación a mitad de camino entre la formativa y sustractiva. Es la más adecuada para geometrías simples, para producir en volúmenes medios y bajos. Normalmente las piezas se hacen a partir de materiales funcionales (como el metal)
En este tipo de técnica, se parte de un bloque de material sólido donde utilizaremos herramientas de corte para eliminar el material restante y poder lograr una forma final. Algunos ejemplos de esta técnica son el fresado por CNC, tornos y operaciones de taladro.
Una de las ventajas de esta técnica es la producción de piezas muy precisas y con un excelente acabado superficial. Prácticamente todos los materiales pueden ser mecanizados de alguna manera.
Para la mayoría de los proyectos y diseños, esta técnica de fabricación es el método de producción mas rentable. Sin embargo, esta limitada por una serie de factores. Muchos de los diseños requieren fabricación asistida por ordenador (CAM) para trazar las trayectorias de las herramientas y la eficiente eliminación del material sobrante. Todo esto, agrega tiempo y coste al proceso general.
También debe tenerse en cuenta el acceso a la herramienta cuando se diseñan piezas para fabricación sustractiva, ya que la herramienta de corte debe poder alcanzar todas las superficies necesarias para eliminar el material sobrante.
Algunas máquinas CNC poseen 5 ejes y eliminan parte de estas restricciones, pero otras piezas complejas deben reorientarse durante el proceso de mecanizado (una o varias veces). Esto aumentará considerablemente el coste de la misma, y su plazo de entrega.
Fabricación aditiva
Se podría afirmar que es la técnica de fabricación más adecuada para volúmenes muy reducidos (unas simples piezas). Esta técnica permite efectuar complejos diseños que la fabricación formativa o sustractiva sería incapaz de producir, o cuando un único prototipo es necesario.
En este proceso, depositamos capa a capa un material para producir la pieza deseada. Estas piezas se pueden producir prácticamente en cualquier geometría. Esto dota a la impresión 3D con una de sus mejores características frente a otros procesos de fabricación existentes.
Además, la impresión 3D no precisa de herramientas excesivamente costosas, siendo posible empezar a producir con un mínimo desembolso económico.
Existe una gama de tecnologías de impresión 3D, todas ellas con sus limitaciones y como no, sus beneficios. Y por supuesto, todas ellas pueden imprimir una amplia variedad de materiales.
La mayor ventaja existente en este tipo de fabricación es la rápida creación y verificación de cualquier prototipo, así como de piezas de producción de bajo volumen. Su mayor inconveniente probablemente sea la incapacidad de producir estas mismas piezas o prototipos en materiales equivalentes a los de las técnicas sustractivas o formativas.
La mayor parte de las piezas que se producen por impresión 3D no son completamente densas y suelen llevar un porcentaje de relleno. Otro tipo de limitación a tener en cuenta es la repetición, a menudo las piezas podrán tener ligeras variaciones debido al enfriamiento diferencial o deformación.
Por último, cabe destacar que la producción de las piezas es bastante lenta. Esto significa que para grandes series no se considera un proceso óptimo de fabricación, a no ser que se disponga de una gran cantidad de impresoras 3D, lo que se denomina granja de impresión 3D.
Espero que esta introducción a la impresión 3D te sirva de ayuda para poder identificar los diferentes procesos existentes.
Si deseas profundizar más en las tecnologías aditivas, te recomiendo que te leas nuestro artículo dedicado a las tecnologías de impresión 3D. Allí detallamos los diferentes procesos existentes en el mercado y sus principales características.