La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, ha seguido evolucionando durante casi 35 años desde su uso comercial.Las industrias aeroespacial, automotriz, de defensa, energía, transporte, médica, dental y de consumo utilizan la fabricación aditiva para una amplia gama de aplicaciones.
Con una adopción tan generalizada, está claro que la fabricación aditiva no es una solución única para todos.De acuerdo con el estándar de terminología ISO/ASTM 52900, casi todos los sistemas comerciales de fabricación aditiva pertenecen a una de las siete categorías de procesos.Estos incluyen extrusión de materiales (MEX), fotopolimerización en baño (VPP), fusión de lecho de polvo (PBF), pulverización de aglomerante (BJT), pulverización de materiales (MJT), deposición de energía dirigida (DED) y laminación de láminas (SHL).Aquí están ordenados por popularidad en función de las ventas de unidades.
Un número creciente de profesionales de la industria, incluidos ingenieros y gerentes, están aprendiendo cuándo la fabricación aditiva puede ayudar a mejorar un producto o proceso y cuándo no.Históricamente, las principales iniciativas para implementar la fabricación aditiva provienen de ingenieros con experiencia en la tecnología.La gerencia ve más ejemplos de cómo la fabricación aditiva puede mejorar la productividad, reducir los plazos de entrega y crear nuevas oportunidades comerciales.La FA no reemplazará a la mayoría de las formas tradicionales de fabricación, pero se convertirá en parte del arsenal de desarrollo de productos y capacidades de fabricación del empresario.
La fabricación aditiva tiene una amplia gama de aplicaciones, desde la microfluídica hasta la construcción a gran escala.Los beneficios de AM varían según la industria, la aplicación y el rendimiento requerido.Las organizaciones deben tener buenas razones para implementar AM, independientemente del caso de uso.Los más comunes son el modelado conceptual, la verificación del diseño y la verificación de la idoneidad y funcionalidad.Cada vez más empresas lo utilizan para crear herramientas y aplicaciones para la producción en masa, incluido el desarrollo de productos personalizados.
Para aplicaciones aeroespaciales, el peso es un factor importante.Cuesta alrededor de $ 10,000 poner una carga útil de 0.45 kg en la órbita terrestre, según el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA.Reducir el peso de los satélites puede ahorrar en costos de lanzamiento.La imagen adjunta muestra una pieza AM de metal Swissto12 que combina varias guías de ondas en una sola pieza.Con AM, el peso se reduce a menos de 0,08 kg.
La fabricación aditiva se utiliza en toda la cadena de valor de la industria energética.Para algunas empresas, el caso comercial para usar AM es iterar proyectos rápidamente para crear el mejor producto posible en el menor tiempo posible.En la industria del petróleo y el gas, las piezas o ensamblajes dañados pueden costar miles de dólares o más en pérdida de productividad por hora.El uso de AM para restaurar las operaciones puede ser especialmente atractivo.
MX3D, un importante fabricante de sistemas DED, ha lanzado un prototipo de herramienta de reparación de tuberías.Una tubería dañada puede costar entre 100.000€ y 1.000.000€ (113.157-1.131.570$) al día, según la compañía.El accesorio que se muestra en la página siguiente usa una pieza CNC como marco y usa DED para soldar la circunferencia de la tubería.AM proporciona altas tasas de deposición con un desperdicio mínimo, mientras que CNC proporciona la precisión requerida.
En 2021, se instaló una carcasa de agua impresa en 3D en una plataforma petrolera de TotalEnergies en el Mar del Norte.Las camisas de agua son un elemento crítico utilizado para controlar la recuperación de hidrocarburos en pozos en construcción.En este caso, los beneficios de utilizar la fabricación aditiva son tiempos de entrega reducidos y emisiones reducidas en un 45 % en comparación con las camisas de agua forjadas tradicionales.
Otro caso de negocio para la fabricación aditiva es la reducción de herramientas costosas.Phone Scope ha desarrollado adaptadores de digiscoping para dispositivos que conectan la cámara de su teléfono a un telescopio o microscopio.Cada año se lanzan nuevos teléfonos, lo que requiere que las empresas lancen una nueva línea de adaptadores.Mediante el uso de AM, una empresa puede ahorrar dinero en costosas herramientas que deben reemplazarse cuando se lanzan nuevos teléfonos.
Como con cualquier proceso o tecnología, la fabricación aditiva no debe utilizarse ya que se considera nueva o diferente.Esto es para mejorar el desarrollo de productos y/o procesos de fabricación.Debería agregar valor.Los ejemplos de otros casos comerciales incluyen productos personalizados y personalización masiva, funcionalidad compleja, piezas integradas, menos material y peso, y un rendimiento mejorado.
Para que la fabricación aditiva se dé cuenta de su potencial de crecimiento, es necesario abordar los desafíos.Para la mayoría de las aplicaciones de fabricación, el proceso debe ser fiable y reproducible.Los métodos posteriores de automatización de la eliminación de material de piezas y soportes y el procesamiento posterior ayudarán.La automatización también aumenta la productividad y reduce el costo por pieza.
Una de las áreas de mayor interés es la automatización del posprocesamiento, como la eliminación de polvo y el acabado.Al automatizar el proceso de producción en masa de aplicaciones, la misma tecnología se puede repetir miles de veces.El problema es que los métodos de automatización específicos pueden variar según el tipo de pieza, el tamaño, el material y el proceso.Por ejemplo, el procesamiento posterior de coronas dentales automatizadas es muy diferente del procesamiento de piezas de motores de cohetes, aunque ambos pueden estar hechos de metal.
Debido a que las partes están optimizadas para AM, a menudo se agregan funciones más avanzadas y canales internos.Para PBF, el objetivo principal es eliminar el 100% del polvo.Solukon fabrica sistemas automáticos de eliminación de polvo.La empresa ha desarrollado una tecnología llamada Smart Powder Recovery (SRP) que gira y hace vibrar las piezas metálicas que todavía están unidas a la placa de construcción.La rotación y la vibración están controladas por el modelo CAD de la pieza.Al mover y agitar con precisión las piezas, el polvo capturado fluye casi como un líquido.Esta automatización reduce el trabajo manual y puede mejorar la confiabilidad y reproducibilidad de la eliminación de polvo.
Los problemas y limitaciones de la remoción manual de polvo pueden limitar la viabilidad del uso de FA para la producción en masa, incluso en pequeñas cantidades.Los sistemas de eliminación de polvo metálico de Solukon pueden operar en una atmósfera inerte y recolectar el polvo no utilizado para su reutilización en máquinas AM.Solukon realizó una encuesta a clientes y publicó un estudio en diciembre de 2021 que muestra que las dos mayores preocupaciones son la salud ocupacional y la reproducibilidad.
La eliminación manual del polvo de las estructuras de resina PBF puede llevar mucho tiempo.Empresas como DyeMansion y PostProcess Technologies están construyendo sistemas de posprocesamiento para eliminar automáticamente el polvo.Muchas piezas de fabricación aditiva se pueden cargar en un sistema que invierte y expulsa el medio para eliminar el exceso de polvo.HP tiene su propio sistema que se dice que elimina el polvo de la cámara de construcción del Jet Fusion 5200 en 20 minutos.El sistema almacena polvo sin derretir en un contenedor separado para su reutilización o reciclaje para otras aplicaciones.
Las empresas pueden beneficiarse de la automatización si se puede aplicar a la mayoría de los pasos de posprocesamiento.DyeMansion ofrece sistemas para la eliminación de polvo, preparación de superficies y pintura.El sistema PowerFuse S carga las piezas, vaporiza las piezas lisas y las descarga.La empresa proporciona un estante de acero inoxidable para colgar piezas, que se hace a mano.El sistema PowerFuse S puede producir una superficie similar a un molde de inyección.
El mayor desafío que enfrenta la industria es comprender las oportunidades reales que ofrece la automatización.Si es necesario fabricar un millón de piezas de polímero, los procesos tradicionales de fundición o moldeo pueden ser la mejor solución, aunque esto depende de la pieza.AM a menudo está disponible para la primera producción en la producción y prueba de herramientas.A través del posprocesamiento automatizado, se pueden producir miles de piezas de manera confiable y reproducible utilizando AM, pero es una pieza específica y puede requerir una solución personalizada.
AM no tiene nada que ver con la industria.Muchas organizaciones presentan interesantes resultados de investigación y desarrollo que pueden conducir al correcto funcionamiento de productos y servicios.En la industria aeroespacial, Relativity Space produce uno de los mayores sistemas de fabricación aditiva de metal utilizando tecnología DED patentada, que la empresa espera que se utilice para fabricar la mayoría de sus cohetes.Su cohete Terran 1 puede entregar una carga útil de 1.250 kg a la órbita terrestre baja.Relativity planea lanzar un cohete de prueba a mediados de 2022 y ya está planeando un cohete reutilizable más grande llamado Terran R.
Los cohetes Terran 1 y R de Relativity Space son una forma innovadora de volver a imaginar cómo podrían ser los vuelos espaciales en el futuro.El diseño y la optimización para la fabricación aditiva despertaron interés en este desarrollo.La compañía afirma que este método reduce el número de piezas en 100 veces en comparación con los cohetes tradicionales.La compañía también afirma que puede producir cohetes a partir de materias primas en un plazo de 60 días.Este es un gran ejemplo de combinar muchas partes en una y simplificar enormemente la cadena de suministro.
En la industria dental, la fabricación aditiva se utiliza para fabricar coronas, puentes, plantillas de perforación quirúrgica, prótesis dentales parciales y alineadores.Align Technology y SmileDirectClub utilizan la impresión 3D para producir piezas para termoformado de alineadores de plástico transparente.Align Technology, fabricante de productos de la marca Invisalign, utiliza muchos de los sistemas de fotopolimerización en los baños de 3D Systems.En 2021, la empresa dijo que había tratado a más de 10 millones de pacientes desde que recibió la aprobación de la FDA en 1998. Si el tratamiento de un paciente típico consta de 10 alineadores, que es una estimación baja, la empresa ha producido 100 millones o más de piezas AM.Las piezas de FRP son difíciles de reciclar porque son termoestables.SmileDirectClub utiliza el sistema HP Multi Jet Fusion (MJF) para producir piezas termoplásticas que se pueden reciclar para otras aplicaciones.
Históricamente, VPP no ha podido producir piezas delgadas y transparentes con propiedades de resistencia para su uso como aparatos de ortodoncia.En 2021, LuxCreo y Graphy lanzaron una posible solución.Desde febrero, Graphy cuenta con la aprobación de la FDA para la impresión 3D directa de aparatos dentales.Si los imprime directamente, el proceso de principio a fin se considera más corto, más fácil y potencialmente menos costoso.
Un desarrollo temprano que recibió mucha atención de los medios fue el uso de la impresión 3D para aplicaciones de construcción a gran escala, como viviendas.A menudo, las paredes de la casa se imprimen por extrusión.Todas las demás partes de la casa se hicieron con métodos y materiales tradicionales, incluidos pisos, techos, techos, escaleras, puertas, ventanas, electrodomésticos, gabinetes y encimeras.Las paredes impresas en 3D pueden aumentar el costo de instalación de electricidad, iluminación, plomería, conductos y conductos de ventilación para calefacción y aire acondicionado.Terminar el interior y el exterior de un muro de concreto es más difícil que con un diseño de muro tradicional.Modernizar una casa con paredes impresas en 3D también es una consideración importante.
Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge están estudiando cómo almacenar energía en paredes impresas en 3D.Al insertar tuberías en la pared durante la construcción, el agua puede fluir a través de ella para calentar y enfriar. Este proyecto de I+D es interesante e innovador, pero aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Este proyecto de I+D es interesante e innovador, pero aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo.Este proyecto de investigación es interesante e innovador, pero aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo.Este proyecto de investigación es interesante e innovador, pero aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo.
La mayoría de nosotros aún no estamos familiarizados con la economía de la impresión 3D de piezas de construcción u otros objetos grandes.La tecnología se ha utilizado para producir algunos puentes, toldos, bancos de parque y elementos decorativos para edificios y ambientes al aire libre.Se cree que las ventajas de la fabricación aditiva a pequeña escala (desde unos pocos centímetros hasta varios metros) se aplican a la impresión 3D a gran escala.Los principales beneficios del uso de la fabricación aditiva incluyen la creación de formas y características complejas, la reducción del número de piezas, la reducción del material y el peso y el aumento de la productividad.Si AM no agrega valor, se debe cuestionar su utilidad.
En octubre de 2021, Stratasys adquirió la participación restante del 55 % en Xaar 3D, una subsidiaria del fabricante británico de impresoras de inyección de tinta industrial Xaar.La tecnología PBF de polímeros de Stratasys, denominada Selective Absorbion Fusion, se basa en los cabezales de impresión de inyección de tinta Xaar.La máquina Stratasys H350 compite con el sistema HP MJF.
Comprar Desktop Metal fue impresionante.En febrero de 2021, la empresa adquirió Envisiontec, un antiguo fabricante de sistemas industriales de fabricación aditiva.En mayo de 2021, la empresa adquirió Adaptive3D, un desarrollador de polímeros VPP flexibles.En julio de 2021, Desktop Metal adquirió Aerosint, un desarrollador de procesos de recubrimiento de recubrimiento en polvo de múltiples materiales.La mayor adquisición se produjo en agosto, cuando Desktop Metal compró al competidor ExOne por 575 millones de dólares.
La adquisición de ExOne por parte de Desktop Metal reúne a dos reconocidos fabricantes de sistemas BJT metálicos.En general, la tecnología aún no ha alcanzado el nivel que muchos creen.Las empresas continúan abordando cuestiones como la repetibilidad, la confiabilidad y la comprensión de la causa raíz de los problemas a medida que surgen.Aun así, si se resuelven los problemas, todavía hay espacio para que la tecnología llegue a mercados más grandes.En julio de 2021, 3DEO, un proveedor de servicios que utiliza un sistema de impresión 3D patentado, dijo que había enviado una millonésima parte a los clientes.
Los desarrolladores de software y plataformas en la nube han visto un crecimiento significativo en la industria de fabricación aditiva.Esto es especialmente cierto para los sistemas de gestión del rendimiento (MES) que rastrean la cadena de valor de AM.3D Systems acordó adquirir Oqton en septiembre de 2021 por 180 millones de dólares.Fundada en 2017, Oqton ofrece soluciones basadas en la nube para mejorar el flujo de trabajo y mejorar la eficiencia de AM.Materialise adquirió Link3D en noviembre de 2021 por 33,5 millones de dólares.Al igual que Oqton, la plataforma en la nube de Link3D realiza un seguimiento del trabajo y simplifica el flujo de trabajo de AM.
Una de las últimas adquisiciones en 2021 es la adquisición de Wohlers Associates por parte de ASTM International.Juntos están trabajando para aprovechar la marca Wohlers para apoyar la adopción más amplia de AM en todo el mundo.A través del Centro de Excelencia AM de ASTM, Wohlers Associates seguirá produciendo informes de Wohlers y otras publicaciones, además de brindar servicios de asesoría, análisis de mercado y capacitación.
La industria de fabricación aditiva ha madurado y muchas industrias están utilizando la tecnología para una amplia gama de aplicaciones.Pero la impresión 3D no reemplazará a la mayoría de las otras formas de fabricación.En su lugar, se utiliza para crear nuevos tipos de productos y modelos de negocio.Las organizaciones utilizan AM para reducir el peso de las piezas, reducir los plazos de entrega y los costos de las herramientas, y mejorar la personalización y el rendimiento del producto.Se espera que la industria de la fabricación aditiva continúe su trayectoria de crecimiento con la aparición de nuevas empresas, productos, servicios, aplicaciones y casos de uso, a menudo a una velocidad vertiginosa.