República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación
Instituto Universitario de la Tecnología Industrial “Rodolfo Loero Arismendi” Ciencias Audiovisuales y Fotografía. Aula 9. Barcelona – Estado Estado Anzoátegui Sociología de la Tecnología
Impresoras 3D
Alumnos Alejandro Paruta. 25.569.151. Juan Mata. 26.789.820. Naily Morón. 27.072.220Whitneida Romera. 27.213.560. Alexis Sánchez. 27.685.037.
Enero, 2018
Introducción
El crecimiento de la industria en los últimos años generó una creciente demanda de equipos más potentes, rápidos y actualizados tecnológicamente; para así, responder a tiempo a necesidades del mercado en la construcción de modelos y maquetas en 3 dimensiones, acompañado esto de capacitación y uso de maquinarias y software avanzados. Una de las tecnologías de creciente incorporación en la industria como en estudios de diseño, agencias de publicidad y centros educativos, es la de las Impresiones 3D utilizadas por los diseñadores para materializar sus diseños virtuales creados en un software de CAD (Diseño asistido por computadora). Las Impresoras 3D son además una herramienta fundamental en el diseño y desarrollo de productos puesto que permiten realizar todo tipo de testeo del mismo antes de lanzarlo al mercado. Históricamente, a principios de los 90, la indu stria automotriz fue precursora en la utilización de esta tecnología, que le permitió reducir en un 50% los tiempos de lanzamiento al mercado de los nuevos modelos (de 3 años a 18 meses), pero en ese entonces se trataba de equipos de alta complejidad y con costos muy elevados que solamente el sector automotriz podía incorporar. Como en otros casos de tecnología aplicada, con el correr de los años se fue disponiendo de una importante variedad de nuevos equipos, más veloces y eficientes; y con precios acordes a la realidad actual.
Impresoras 3D
Una impresora 3D es una máquina capaz de imprimir figuras con volumen a partir de un diseño hecho por ordenador. Con volumen quiere decir que tiene ancho, largo y alto. Estas máquinas se encargan de convertir en un objeto real los diseños 3D que una persona puede hacer con ayuda de la computadora. Para llegar a esto utilizan plástico líquido (u otros materiales) en vez de la tinta a la que estamos acostumbrados, que tras la impresión se solidifica y crea el objeto. Normalmente son máquinas grandes que pueden costar decenas de miles de dólares, pero el avance tecnológico las está volviendo disponibles al público general. Es decir, si se diseña en un ordenador una simple taza de café por medio de cualquier programa CAD (Diseño Asistido por Computador), se podrá imprimir en la realidad por medio de la impresora 3D y obtener un producto físico que sería la propia taza de café.
Contexto histórico
¿Quién la inventó? El inicio de la impresión 3D se remonta a 1976, cuando se inventó la impresora de inyección de tinta. Desde entonces, la tecnología ha evolucionado para pasar de la impresión con tinta a la impresión con materiales, y la impresión 3D ha sufrido cambios durante décadas en diferentes ramas de la industria. Todo comenzó en 1984, cuando Charles Hull inventa el método de la estereolitografía (SLA), proceso de impresión orientado a maquetas para la prueba de prototipos antes de su fabricación en cadena. Hull trabajaba en una empresa realizando objetos de plástico, y le resultaba muy tedioso tener que hacer primero un molde para después inyectar el plástico. Esto le llevó a pensar que sería más sencillo si pudiera fabricar el objeto directamente, creándolo capa a capa con el mismo plástico.
Línea de tiempo
Partes de la impresora 3D
La Estereolitografía fue la primera técnica de prototipado. Utiliza la estratificación para la construcción de un modelo de diseño. La máquina estereolitográfica tiene un contenedor lleno de una resina líquida fotopolimérica (monómero fotosensible) que polimeriza o solidifica al recibir radiación luminosa. Es decir, el láser de radiación ultravioleta o visible traza cada sección del modelo CAD sobre la plataforma horizontal móvil con la resina, materializando así el modelo CAD de la parte.
El proceso empieza con el elevador situado a una distancia de la superficie del líquido igual al grosor de la primera sección a imprimir. El láser sigue la superficie de la sección y su contorno. Una vez solidificada esta sección, el elevador baja su posición para situarse a la altura de la siguiente lámina. Se repite dicha operación hasta conseguir la pieza final. Como consecuencia, la creación de los prototipos se inicia en su parte inferior y finaliza en la superior. La solidificación se puede hacer punto a punto o capa a capa, y posteriormente se realiza el post-curado en un horno. Tiene buen acabado superficial, es rápido y preciso. Sin embargo las resinas son tóxicas y caras, y los modelos frágiles.
El Curado en Base Sólida es un proceso similar al anterior, porque también solidifica un fotopolímero o resina fotosensible. Primeramente se genera un modelo CAD dividido por capas. Para cada capa se genera una máscara (o contorno de capa) con el negativo de la forma deseada. Se distribuye una capa plana y delgada de fotopolímero líquido sobre la superficie de trabajo o base, y se coloca la máscara encima. Se expone entonces a una fuente UV de alta energía, que llega desde un cabezal óptico móvil e irradia todos los puntos de la sección simultáneamente. El líquido expuesto a la fuente solidifica y el que queda oculto por la máscara queda en estado líquido. Acto seguido se limpia el área de trabajo con un rodillo, retirando el líquido sobrante (que es reutilizable) y se rellenan las áreas abiertas de la capa con cera caliente, la cual servirá de sostén al enfriarse.
Las ventajas son la alta velocidad, una resistencia aceptable y que no es obligatorio el uso de soportes. Como contra, el equipo necesario es de uso complejo, no es posible fabricar piezas con huecos y se emplean grandes cantidades de resina y cera.
El Sinterizado Selectivo por Láser es una técnica en la que un láser sinteriza el material de base en forma de polvo, capa a capa, consiguiendo que las áreas seleccionadas se fundan y solidifiquen. El modo de generación de las piezas es similar a la Estereolitografía, en el que los elementos son generados de capa en capa, iniciando el proceso por las cotas más bajas y terminados por las superiores. El material sobrante es reutilizable. Como se muestra en la figura siguiente, un haz de láser es reflejado mediante espejos sobre una fina capa de polvo que se ha depositado en una cuba, y que ha sido calentada a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del polvo. Este láser realiza el aporte de energía necesaria para fundir las partículas de polvo logrando que éstas se unan las unas a las otras. El aporte de nuevas capas se efectúa mediante un cartucho de alimentación, a través de un pistón que expulsa polvo a la superficie. El rodillo de nivelación se encarga de extender esta nueva capa de polvo de manera uniforme para ser sinterizado. Este proceso se repite una y otra vez hasta estar la figura terminada. Es una técnica atractiva porque permite la fabricación de piezas con buena precisión a partir de materiales muy distintos (policarbonato, nylon, ABS, metales, cerámicos) y cualquier geometría. Además, no precisa de proceso de post-curado ni materiales de soporte. Por el contrario, es un proceso lento y emplea equipos complejos.
El Modelado por Deposición Fundida (MDF o FDM en sus siglas inglesas) es la técnica mediante la cual un filamento se desenrolla de una bobina (o carrete de material) y abastece material hacia un extrusor. Este cabezal funde el material para extruirlo, y lo deposita sobre las capas inferiores más frías, desplazándose por la cama de impresión de acuerdo con la geometría requerida. De esta forma, capa a capa, se genera el modelo de la pieza a fabricar. El plástico se endurece nada más salir del cabezal de extrusión y se adhiere a la capa de abajo. Para sustentar las zonas en voladizo de la pieza, se extruye un segundo material de soporte que se elimina fácilmente. Esta técnica se ha convertido en la técnica aditiva más utilizada por sus grandes ventajas, entre las que se encuentran el uso de materiales de bajo coste, inodoros, seguros y no tóxicos, la gran variedad que pueden ser utilizados, la estabilidad que presentan los modelos, y la facilidad de manejo y mantenimiento. Como desventaja, puede resultar lento para piezas de gran tamaño.
Características
Los procesos de fabricación más comunes utilizando esta tecnología en la actualidad: Modelado por deposición fundida (FDM): Consiste en depositar polímero fundido sobre una base plana, capa a capa. El material, que inicialmente se encuentra en estado sólido almacenado en rollos, se funde y es expulsado por una boquilla en minúsculos hilos que se van solidificando conforme van tomando la forma de cada capa. Sinterizado selectivo por láser (SLS): Consiste en la colocación de una fina capa de material en polvo en un recipiente a una temperatura ligeramente inferior a la de fusión del material. Un láser sinteriza las áreas seleccionadas causando que las partículas se fusionen y solidifiquen. Se van añadiendo y sintetizando sucesivas capas de material hasta obtener el prototipo deseado. El polvo no solidificado actúa de material de soporte y puede ser reciclado para posteriores trabajos. Estereolitografía (SLA): Consiste en la aplicación de un haz de luz ultravioleta a una resina líquida (contenida en un cubo) sensible a la luz. La luz ultravioleta va solidificando la resina capa por capa. La base que soporta la estructura se desplaza hacia abajo para que la luz vuelva a ejercer su acción sobre el nuevo baño, así hasta que el objeto alcance la forma deseada. Sistemas de fabricación por compactación: son impresoras 3D de tinta las cuales utilizan una tinta aglomerante para compactar el polvo e impresoras 3D láser, el cual transfiere energía al polvo haciendo que se polimerice. Después se sumerge en un líquido que hace que las zonas polimerizadas se solidifiquen.
Dependiendo del uso que se les dé se pueden encontrar impresoras que son de uso aficionado y otras industriales, con más accesorios. Las de aficionados se utilizan con fines principalmente educativo, didáctico, no están preparadas para trabajar a diario 24 horas como las industriales. Lo que diferencia a las impresoras 3D de otros sistemas mecanizados como los
tornos a control numérico computarizado (CNC) es el concepto. “Los equipos
mecanizados le dan forma a un material en bruto. Lo esculpen, lo tallan a partir de las medidas y detalles previos establecidos. La impresora 3D crea el objeto de la nada. No hace falta un material en bruto, solamente la materia prima”. Hay 2 tipos de impresoras, las de impacto y las libres de impacto. La impresora 3D entra en la segunda clasificación.
De impacto: en un principio, las impresoras funcionaban de manera similar a las máquinas de escribir, con un mecanismo que empuja a un elemento contra una cinta entintada y esta a su vez contra la hoja, generando los caracteres impresos. Libres de impacto: en estas no existen golpes co ntra el material a plasmar, sino que todo es por medio de colocación de capas de material sin necesidad de contacto directo.
La impresora 3D recibe la orden desde la computadora de lo que va a imprimir ó si se utiliza la función de escaneo interno de objetos, también se generan las ordenes. La impresora 3D almacena los datos recibidos en la memoria RAM interna también llamada Buffer. Hay 2 tipos de métodos de impresión 3D más utilizados:
a) Utilizando superposición de capas de material plástico por medio de una boquilla que va dando forma al objeto tridimensional de abajo hacia arriba. b) Utilizando el método de inyección, el cual consiste en colocar capas de polvo con la forma de objeto a modelar, mientras que un inyector se encarga de colocar pegamento que se encarga de fijar y estructurar la figura.
Para la impresora de superposición, un mecanismo Mecatrónico (brazo) se encarga de colocar la boquilla en el lugar correcto para comenzar a modelar la figura. Para la impresora por método de inyección, un mecanismo de barrido se encarga de colocar el polvo y el pegamento de manera horizontal para generar la figura. Un tercer método es la inyección de foto-polímero líquido y luz UV, que se va almacenando en forma de capas hasta dar forma al objeto 3D. La figura volumétrica se va generando en ambos casos de abajo hacia arriba hasta terminar la parte superior. Dependiendo el modelo de impresora, esta puede enviar la señal de que terminó de imprimir, así como los niveles de material de modelado d isponible.
Conclusión
Con el crecimiento exponencial de los diseños gratuitos y la expansión de la impresión 3D se está́ generando una enorme riqueza potencial individual. El uso de la impresión 3D ha ido dándose poco a poco, pero de manera significativa en algunos de los sectores de la sociedad, y aunque su uso todavía no es muy común es muy importante. Con el transcurso del tiempo han aumentado sus beneficios de uso, por ejemplo, ha evolucionado desde un simple diseño hasta un desarrollo médico, como la impresión de algún órgano del cuerpo. La utilización de esta herramienta genera ahorro de tiempo y costos en cualquier campo porque debido a su proceso de fabricación el costo de producción disminuye y cualquier objeto se puede fabricar de manera más rápida. Además, al ser económicos los materiales en los que se imprime se reducen notablemente los costos de producción, sin mencionar que permite hacer modificaciones a diseños existentes según las necesidades de cada persona, es por ello que, se puede afirmar, que la impresión 3D es una herramienta con un gran impacto positivo en la sociedad y su evolución.
