3 RETOS TÉCNICOS DE LAS IMPRESORAS 3D DE GRAN FORMATO
16 septiembre, 2022 | Impresión 3D Manufactura Aditiva Trideo 3D
Mercado
El negocio de la impresión 3D es un nicho global de 10Billones USD que se centra principalmente en el desarrollo de máquinas (AMFG, 2020). Dentro de este sector, existen hoy cientos de empresas dedicadas a la manufactura de impresoras 3D con tecnología FDM (filamento fundido), la mayoría de ellas con superficies de impresión rectangulares dentro de los rangos de 200mm a 400mm.
Pocas empresas ofrecen actualmente impresoras con áreas de impresión mayores a estas, no porque el mercado no lo demande, pues muchos segmentos del sector industrial requieren tamaños mucho mayores, sino porque existen ciertos problemas técnicos que hay que resolver y que algunas de estas empresas no logran de manera exitosa:
Alto flujos de material fundido
La impresión 3D de filamento tiene un límite natural dado por la cantidad de material fundido que es posible extruir a través de una boquilla. Es inviable utilizar sistemas de extrusión del segmento desktop porque los tiempos de impresión se incrementarían drásticamente. Por ello, uno de los aspectos técnicos más importantes en una máquina «large format» es el flujo de material que el extrusor de la máquina es capaz de manejar.
El modelo Big-T por ejemplo, porta un sistema extrusor capaz de consumir una bobina estándar de 1Kg en aproximadamente 1 hora, mientras que un modelo desktop con hotends de tipo E3D tardaría 22 horas, lo que en términos de flujo volumétrico representa más de 20 veces por unidad de tiempo. Esta característica, aunada a la posibilidad de alcanzar velocidades de desplazamiento mayores permite fabricar piezas gigantes en tiempos increíblemente cortos.
Velocidades proporcionales a las impresoras 3D de escritorio
En impresión 3D, la velocidad es un factor clave para la producción. Con el desarrollo de materiales avanzados que compiten con las calidades obtenidas por procesos como la inyección de plástico, incrementar la cantidad de partes impresas por unidad de tiempo es un objetivo obligatorio si se quiere dar el siguiente paso y entrar en el negocio de la manufactura de piezas finales. Para lograr esto, se necesitan sistemas de movimiento y control electrónico que funcionen en tándem para alcanzar precisiones micrométricas, normalmente en configuraciones de uso extendido en la industria de las máquinas «desktop» que se replican de un equipo a otro.
Pero cuando se quiere diseñar una máquina gigante, y alcanzar desplazamientos de impresión de hasta 1 metro, en máquinas como la Big-T, es necesario afinar la ingeniería. En estos casos es necesario revisar las definiciones técnicas típicamente heredadas de la industria desktop como el uso de steppers Nema 17, poleas y correas GT2 con estructuras de máquina simplificadas, y en su lugar dar paso a estructuras robustas calculadas ingenierilmente para absorber los problemas asociados a su propio peso y las vibraciones producidas por la inercia del movimiento de un cabezal de impresión más pesado, y a configuraciones de movimiento provenientes de máquinas de nivel industrial como centros de mecanizado CNC o máquinas SMT. Adicionalmente, las demandas de potencia que resultan del uso de componentes más robustos, con características superiores a las del sector desktop, requieren de electrónica y controladores más sofisticados, así como de piezas de firmware personalizadas que expriman al máximo sus prestaciones.
Calibración y «fundación» de las primeras capas
Como ocurre con la fundación de un edifico, la primera capa de un objeto impreso en 3D determina el éxito del trabajo completo y lograr esto es particularmente difícil cuando las superficies de impresión son muy extensas. Trideo, en su modelo Big-T de 1m3, maneja una fórmula de calibración integral que usa la compensación digital automática de las pequeñas curvaturas de la superficie de impresión más un balanceo automatizado del sistema estructural de movimiento del eje Z que garantiza la equidistancia de la primera capa en cada punto de la superficie. Por otro lado, la calefacción homogénea de la superficie y el uso de adhesivos superficiales complementan la fórmula de adherencia perfecta.
La industria demanda máquinas que sean capaces de imprimir en 3D piezas de gran tamaño. Ha llegado el tiempo en el que la relación costo/beneficio ya es similar al de tecnologías sustitutas como el ruteo o la laminación, pero con todo el valor añadido que ofrece la manufactura aditiva y a una pequeña fracción del tiempo de desarrollo.
