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En los últimos años, la impresión 3D ha recibido mucha atención, prometiendo revolucionar la fabricación y anulando completamente la forma en que producimos los artículos. Al igual que con muchas tecnologías disruptivas emergentes, gran parte de la cobertura en la prensa popular es exagerada, más como un replicador de Star Trek que como los procesos reales..
Sin embargo, ya sea que algunas de las reclamaciones más vastas se desarrollen o no, para los diseñadores la impresión 3D ofrece una perspectiva tentadora: la capacidad de producir objetos sin las limitaciones de la fabricación tradicional, la capacidad incluso de fabricar objetos en su escritorio sin la fabricación tradicional o habilidades de ingeniería.
Al final de este artículo, habrás introducido la terminología de la impresión 3D y tendrás una idea de cuál es el mejor método para ti. Primero, discutiremos las tres tecnologías más comunes, y luego algunas opciones para diseñar un modelo..
Sería incorrecto pensar en la impresión 3D como una tecnología única. En cambio, es un conjunto de tecnologías que siguen una idea compartida de fabricación aditiva impulsada por software..
Entonces, ¿qué es la fabricación aditiva? Muchas técnicas de fabricación comienzan con un bloque de material y lo eliminan selectivamente hasta que nos quedamos con el objeto deseado. La fabricación aditiva da vuelta a esto, comenzando con un lienzo en blanco y agregando solo lo que se requiere para el objeto final.
En sí misma, esta fabricación aditiva no es nada especial: un niño que construye castillos de arena en la playa está utilizando la fabricación aditiva. Es la adición del uso de tecnología digital para un resultado confiable y preciso lo que hace que la impresión 3D sea especial.
Impresión 3D que consiste en muchas rebanadas 2D. Crédito de la imagen: Herramientas creativas a través de Flickr.Por lo general, esto funciona al cortar un objeto que deseamos crear en secciones delgadas y construir estos cortes uno por uno, apilados uno encima del otro. Piense en la construcción de una pirámide como una serie de edificios cuadrados, cada uno más pequeño que el anterior, apilados para formar una forma 3D.
La primera técnica que veremos es FDM, Fused Depositional Modeling o FFF, Fused Filament Fabrication si queremos evitar los términos de marca registrada. Se basa en "extruir" un filamento de material, es decir, calentarlo hasta un punto en el que se pueda apretar a través de una boquilla, produciendo un filamento aún más delgado. Esta boquilla se mueve sobre una superficie, dibujando el contorno de la rebanada que queremos crear, luego rellenando este contorno con un patrón de material.
Debido a que el material está caliente cuando se extruye, se adhiere a cualquier filamento ya depositado, formando una rebanada sólida de material. Una vez que se completa, la boquilla sube una pequeña cantidad y comienza a extruir la siguiente capa.
En parte a través de una impresión FDM, observe el esquema y el patrón de relleno. Crédito de la imagen: Tony Buser a través de Flickr.Esta es la técnica que encontrará en la mayoría de las impresoras 3D para aficionados, por lo general con material de plástico ABS o PLA. La técnica produce una superficie similar a "grano de madera" con ligeras ranuras entre cada capa (aunque esto se puede eliminar mediante lijado, pulido o vapor de acetona). La calibración imperfecta de una máquina puede producir filamentos de filamento que sobresalen en lugares o manchas de material fundido.
La técnica puede luchar con formas sobresalientes. Dado que se está construyendo sobre la capa inferior, ¡todo lo que sobresale se extruye en nada más que aire! Mientras no tengamos que sobresalir demasiado, el material se apoyará y no se doblará demasiado. Sin embargo, las máquinas comerciales abordan esto con un material de soporte que se extruye desde una segunda cabeza, construido como un andamio para soportar cualquier voladizo que pueda romperse o disolverse posteriormente. Hay algunos intentos de aficionados para replicar esto, pero tienden a ser menos confiables.
La siguiente técnica, la estereolitografía o SLA, se basa en resinas fotosensibles, fotopolímeros, materiales que cambian de líquido a sólido cuando se exponen a la luz (generalmente ultravioleta). Al exponer cada porción del objeto en la superficie de una capa delgada del líquido con luz ultravioleta (UV), podemos endurecer solo las partes que deseamos. Esta resina endurecida se inunda repetidamente con otra capa delgada de líquido y luego se expone con luz UV en la forma de la siguiente rebanada del modelo, para dejar una estructura 3D endurecida una vez que drenamos el fluido.
El método de exposición a los rayos UV difiere: algunas impresoras SLA usan un láser y lo dirigen sobre la superficie para dibujar el corte, mientras que otras usan un proyector DLP para exponer una capa completa a la vez.
Impresiones estereolitográficas de la impresora Formulario 1. Crédito de la imagen: Seth Woodworth a través de Flickr.El SLA produce más fácilmente una impresión más suave y de mayor resolución, pero tiende a ser más costoso. Tiene el mismo problema de voladizos, y las piezas tienden a construirse en un andamio hecho de la misma resina que el objeto construido, lo que requiere un poco de lijado de limpieza.
Una gran cantidad de impresiones de tipo "modelo" en el mundo profesional de la impresión en 3D tienden a utilizar esta técnica, y ahora hay muchos fotopolímeros disponibles que imitan diferentes materiales. Hasta hace poco, las patentes limitaban esta técnica a las máquinas profesionales, pero las máquinas accesibles a los aficionados han aparecido en los últimos años, y con esto también han aparecido resinas más baratas. Dicho esto, la técnica utiliza productos químicos con vida limitada, por lo que no creo que reemplace completamente el FDM en la esfera de los aficionados..
Las mejores impresoras 3D nuevamente usan un láser, pero esta vez a una potencia mayor, ya sea fundiendo o sinterizando polvos juntos (sinterizar es cuando se calienta un material lo suficiente como para fusionarlo, pero no lo suficiente como para fundirlo completamente en un líquido).
Estos polvos pueden ser plásticos de grado de ingeniería como el nylon o incluso metales, lo que permite la impresión 3D de piezas adecuadas para maquinaria. Si ve un artículo de noticias sobre los equipos de carreras de Fórmula 1 o los fabricantes de cohetes que utilizan la impresión 3D, este será el tipo que significan. Muy alta resolución y muy fuerte, pero típicamente bastante caro..
Estos tipos de máquinas se utilizan generalmente como una alternativa a las técnicas de ingeniería tradicionales y, aunque son caras, pueden ser más baratas que las técnicas tradicionales para piezas únicas o series de producción pequeñas..
Los motores de cohetes SpaceX SuperDraco utilizan piezas impresas en 3D con la superaleación Inconel. Crédito de la imagen: SpaceX Photos via FlickrEstas tres tecnologías no son de ninguna manera exhaustivas. Puede obtener impresoras que depositan gotas de cera, produciendo un modelo que puede moldearse en un molde para metales (a menudo utilizado para joyería). Puede utilizar tecnología similar a una impresora de inyección de tinta sobre un depósito de polvo, para depositar una carpeta y pigmentos, haciendo modelos a todo color. O una tecnología muy similar seguida de acristalamiento para hacer cerámicas (platos, tazas, etc.). Incluso las impresoras 3D más especializadas pueden colocar materiales biocompatibles para imprimir tejidos vivos para la implantación, objetos a nanoescala para hacer máquinas diminutas y máquinas gigantes que construyen secciones para la arquitectura..
Escultura 3D en piedra arenisca artificial. Crédito de la imagen: EdytaZwirecka a través de WikipediaPara obtener la gama más amplia de materiales, busque un servicio de impresión 3D con una gama de máquinas, por ejemplo, la oferta de Shapeway. Estás viendo una serie de plásticos, metales y cerámicas con diferentes propiedades que se adaptan a lo que estás tratando de hacer..
Excelente, puedes pensar, ¡no tengo que preocuparme por cómo funciona, mientras funcione! Pero hay un problema: mire cada material que ofrecen y verá que todos tienen diferentes requisitos, grosores mínimos de pared, tamaños mínimos de detalles de la superficie, espacios mínimos, etc. Es posible que necesite ajustar su diseño para trabajar con el material estas usando.
Si vas en la otra dirección, consiguiendo una impresora 3D para aficionados, estás un poco más limitado, pero no tanto como podrías esperar. Ahora hay una gama de filamentos que funcionarán en este tipo de máquinas. Hay filamentos flexibles, filamentos similares a la madera, materiales translúcidos y plásticos con todo tipo de características diferentes..
Sin embargo, tenga cuidado: estos materiales generalmente necesitarán un poco de retoques con las temperaturas y posiblemente incluso con partes alternativas en la impresora. Sin embargo, a la mayoría de las personas con este tipo de máquinas les gusta jugar con esas cosas..
Hay dos grandes enfoques para el modelado 3D: modelado de superficies y modelado de sólidos..
Para el modelado 3D, se puede usar cualquiera de los dos, aunque hay advertencias a eso. Recuerde que el software intentará dividir el modelo en secciones y debe saber cuál es el interior y el exterior de esas secciones. Obviamente, un paquete de modelado que represente objetos como sólidos no será ambiguo, lo cual es cuál, pero el modelado de superficies puede producir archivos donde no es tan obvio..
Hay un enfoque muy estricto que debe tomar para producir archivos válidos con dicho software, a diferencia del enfoque habitual para hacer un modelo para renderizar. En resumen, el archivo debe ser "múltiple", es decir, sin caras de intersección, sin caras internas, sin agujeros, y todos los vértices soldados no solo muy, muy cerca. El modelo tendría que ser hermético si lo hicieras con láminas de plástico. Intenta seguir esta guía para más detalles..
Entonces, a menos que ya tenga experiencia con el modelado de superficies, sugeriría probar un paquete de modelado sólido. Aunque son menos expresivos, hay menos errores en su primer intento.!
Tiendo a usar Solidworks, pero es bastante caro. Afortunadamente, con el auge de la impresión en 3D se produce una proliferación a juego de paquetes de modelado sólidos gratuitos. La compañía que produce AutoCAD, otro paquete 3D caro pero muy poderoso, ofrece algunos paquetes. De estos, algunos de los más útiles para este propósito son Tinkercad, un paquete básico de CAD basado en navegador, y 123D Design, una herramienta fuera de línea con capacidades similares..
Mi herramienta gratuita es generalmente Trimble Sketchup, que es gratuita para uso no comercial, pero necesitará una extensión para obtener el tipo de archivo correcto.
Cualquiera que sea la herramienta que use, por lo general necesitará terminar con uno o más archivos stl. Este es un formato de archivo muy básico, pero lo que la mayoría de las herramientas de impresión 3D aceptarán.
Así que ya conoces algunas de las tecnologías, conoces parte del software, quizás incluso hayas creado un archivo, ¡y solo quieres saber cómo imprimirlo ya! Hay varias formas de hacerlo: puede invertir en una máquina, puede usar un servicio de impresión 3D o puede encontrar un lugar para usar una impresora 3D. Cada uno tiene pros y contras.
Comprar su propia máquina puede ser una gran inversión, aunque mucho menos que en el pasado. Estará limitado a la única tecnología que utiliza su máquina y, por lo tanto, a los (o pocos) materiales utilizados en esa tecnología. Suponiendo que no está hecho de dinero y ha podido obtener una máquina profesional, es posible que tenga que ahondar en el lado técnico de su máquina si es necesario reemplazar o recalibrar algo, aunque muchas máquinas de aficionados tienen excelentes comunidades en línea para respaldar esto.
Sin embargo, una vez dicho todo esto, tendrás la opción más barata por parte que quieras hacer, así que si te enganchas puedes producir partes para el contenido de tu corazón. Y podrás iterar partes rápidamente: si eres como yo y haces varias partes para unirte, obtendrás un error la primera vez que lo hagas.!
Un modelo en marcha en la Ultimaker, una popular impresora 3D para aficionados. Crédito de la imagen: Maurizio Pesce a través de Flickr.Otra opción es servicios de impresión 3D, ya sea en línea o en su compañía local de impresión 3D. Esto tiene el beneficio de no tener costos iniciales (aunque es considerablemente más costoso por pieza) y una gama de tecnologías y materiales disponibles. El otro inconveniente principal al lado del costo es el tiempo, porque tendrá que esperar a que lo hagan y se lo envíen. Existen algunos servicios importantes, como Shapeways o iMaterialise, pero compare y encuentre la solución que tenga el mejor equilibrio de precio y velocidad para usted..
Piezas impresas en 3D de Shapeways, un servicio de impresión en línea en 3D. Crédito de la imagen: Lunatics TV a través de Flickr.La tercera opción es una casa intermedia entre estos, pero depende de encontrar una impresora 3D que pueda usar localmente. El movimiento de creadores ha dado lugar a muchos espacios de creadores locales, que pueden tener máquinas disponibles al costo de la entrada y el material, o incluso a alguien que está dispuesto a intercambiar tiempo en una máquina por habilidades de modelado 3D para sus proyectos. Mirar dentro!
O puedes hacer lo que yo hago, ¡y hacer todo esto! Pruebe modelos rápidamente en sus propias máquinas, envíe archivos para materiales alternativos y participe con fabricantes y estudiantes locales para hacer cosas..
Así que ahora sabes un poco de la terminología, algunas de las opciones y los pros y los contras de cada una. Ve adelante y imprime en 3D algo interesante. También asegúrese de mantener sus ojos abiertos para futuros tutoriales que profundicen en algunos de los detalles más de cerca. Si tienes alguna duda, publícala en los comentarios.!
Para su primer paso en la impresión 3D, ¿por qué no intenta usar un servicio de impresión 3D? Pruebe nuestro tutorial sobre cómo crear una funda de teléfono móvil impresa en 3D.
Vista previa del crédito de la imagen: Seth Woodworth a través de Flickr
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