El salto de la impresión 3D de pequeño a gran formato abre un mundo de oportunidades, pero también requiere diferentes directrices de impresión para garantizar resultados óptimos
El salto de la impresión 3D de pequeño a gran formato abre un mundo de oportunidades, pero también requiere diferentes directrices de impresión para garantizar resultados óptimos. La impresión 3D de gran formato presenta un conjunto único de desafíos y oportunidades que deben tenerse en cuenta al pasar de la impresión de pequeño formato.
Seguir las pautas descritas en este artículo le ayudará a realizar la transición de la impresión 3D a pequeña escala a la impresión 3D a gran escala. Esto le permitirá producir impresiones a gran escala de alta calidad con mayor resistencia mecánica, más opciones de acabado y ahorrar tiempo y material.
Flexbot Custom en Al Seer Marine
1. TODO ES MÁS GRANDE
Las posibilidades de la fabricación aditiva a gran escala comienzan en los límites de las impresoras de escritorio. Las impresoras de escritorio suelen poder imprimir objetos de hasta 300 mm x 300 mm x 300 mm. Con la fabricación aditiva de gran formato, la impresión comienza a partir de este tamaño. Por ejemplo, la configuración más pequeña del Flexbot ya le proporciona una cama de impresión de 2 x 1 metros.
Este alcance puede aumentarse gracias a la modularidad de las soluciones robóticas LFAM de CEAD. Una cama de impresión más grande o la colocación del robot en una pista lineal aumentan el volumen de construcción y, por lo tanto, el tamaño de impresión. La configuración de Flexbot es personalizable, un ejemplo de esto se puede ver en la foto de arriba, donde el sistema Flexbot más grande se ha instalado en Al Seer Marine, con un área de construcción de 4 x 36 metros y dos robots que se mueven a lo largo de una pista lineal.
A medida que la fabricación aditiva pasa de la pequeña a la gran escala, se produce un aumento significativo en el tamaño de las boquillas, la altura de las capas y el ancho. Por lo general, las impresoras de escritorio pueden manejar boquillas con un diámetro máximo de 0,8 mm.
Sin embargo, las boquillas que se ajustan a las extrusoras de CEAD van de 2 mm a 24 mm, dependiendo de la extrusora. El uso de boquillas más grandes conduce a la creación de capas más gruesas y anchas durante el proceso de impresión. La salida de extrusión también determina el tamaño de la pieza, que es significativamente mayor en las aplicaciones LFAM.
2. ENFRIAMIENTO DE LAS CAPAS IMPRESAS
En las impresoras de escritorio más pequeñas, a menudo se incluye un ventilador para enfriar la pieza durante la impresión. Esto ayuda a regular la temperatura de la capa anterior, o gota, lo que permite tiempos de capa más cortos y una impresión más rápida.
Mientras que el enfriamiento externo proporciona un beneficio para la impresión 3D a pequeña escala, para la impresión 3D a gran escala el enfriamiento con un ventilador no es deseable, desde una perspectiva mecánica. Con la LFAM, sus estrategias de impresión se centran en ajustar los tiempos de capa para permitir un enfriamiento y solidificación adecuados del material.
3. IMPRESIÓN 3D CON PÉLTIDOS FRENTE A FILAMENTOS
En lo que respecta a las materias primas para este tipo de impresión 3D, existen dos opciones principales: példidos/granulados o filamentos. Las impresoras de escritorio suelen fundir filamentos de plástico, mientras que los sistemas de fabricación aditiva de CEAD utilizan la impresión 3D basada en példidos.
El filamento está hecho de gránulos por los proveedores de materiales. El material utilizado para LFAM requiere, por lo tanto, menos procesamiento, ya que los gránulos se pueden utilizar directamente para la impresión 3D. Simplificar el proceso de producción del material de impresión disminuye los costes de este material.
A diferencia de las extrusoras de filamentos, las extrusoras de gránulos de CEAD utilizan un mecanismo de tornillo para fundir y transportar el material granulado a través de un cilindro calentado y nitrado hacia la boquilla. El cilindro nitrado del interior de las extrusoras de CEAD ofrece resistencia contra materiales abrasivos. Esto permite procesar una amplia variedad de compuestos termoplásticos reforzados con fibras cortas que ofrecen muchas aplicaciones en diferentes industrias.
Al igual que el filamento, la mayoría de los gránulos termoplásticos también deben secarse al imprimirse. Se utiliza un secador externo para garantizar que el material esté seco y libre de humedad. Después del proceso de secado, los gránulos se cargan en una entrada de alimentación y se empujan a través de un cilindro con múltiples secciones de calentamiento independientes, donde se calientan hasta que se funden.
La extrusión basada en gránulos tiene varias ventajas sobre la impresión 3D basada en filamentos:
- Menores costes: al requerir menos procesamiento que el filamento, el material de gránulos suele tener un coste menor. También se pueden utilizar materiales para métodos de producción existentes, como el moldeo por inyección. Disminuyendo aún más los costes.
- Mayor velocidad de producción: se obtiene una mayor velocidad de producción gracias al mayor rendimiento de la LFAM. Además, durante la impresión se pueden añadir nuevos gránulos al secador. Las impresoras de filamento deben ponerse en pausa para cambiar una bobina de filamento.
- Mayor variedad de materiales disponibles: dado que los gránulos se utilizan ampliamente en la industria del plástico, la variedad de materiales disponibles es mayor que la del filamento.
- Posibilidad de fresado: dado que la impresión LFAM es más grande y, por lo tanto, más gruesa que la impresión a pequeña escala, puede fresar la impresión para convertirla en una pieza lisa. Las perlas más grandes ofrecen más posibilidades de fresado.
Haga clic para leer más sobre los gránulos termoplásticos para la impresión 3D a gran escala.
4. TRAYECTORIA CONTINUA DE LA HERRAMIENTA
Cuando se trabaja con impresión 3D de gran formato, los puntos de inicio y parada se vuelven más visibles en comparación con los formatos más pequeños. Por eso es importante diseñar impresiones con una trayectoria de herramienta continua, lo que permite completar toda la impresión de una sola vez. Cuando el extrusor sigue una trayectoria de herramienta continua y, por lo tanto, no realiza ningún inicio-parada durante la impresión, cualquier defecto potencial en la impresión será menos notable. Al utilizar una trayectoria de herramienta continua, las impresiones 3D de gran formato pueden producirse con menos defectos visibles y un mayor nivel de calidad.
Los extrusores robóticos de CEAD y Flexbot pueden equiparse con Dynamic Flow Control (DFC). El DFC le permite calcular con mucha precisión la cantidad de material termoplástico que está extruyendo. Este complemento proporciona una mayor consistencia en la producción y, por lo tanto, permite un inicio y una parada de mayor calidad en sus impresiones.
Estos inicios y paradas pueden utilizarse para imprimir varias piezas simultáneamente, aumentando el tiempo total de producción de las piezas. Además, se puede implementar un doble cordón en sus diseños utilizando el inicio y la parada. Esto proporciona más oportunidades de fresado al tiempo que ahorra peso y, por tanto, tiempo de producción, material y costes de producción. Lea más sobre cómo aumentar la precisión de la impresión 3D a gran escala con el control dinámico de flujo.
5. IMPRESIÓN SIN SOPORTES
En la impresión 3D de gran formato, el único soporte necesario proviene de los ingenieros del equipo de soporte CEAD. Mientras que las impresiones 3D más pequeñas pueden utilizar soportes para lograr diseños únicos, la impresión a gran escala requiere un enfoque diferente.
La eliminación de los soportes en impresiones más pequeñas puede hacerse con un simple par de alicates, pero esto no es práctico para impresiones más grandes. La cantidad de material necesario para imprimir los soportes a esta escala es considerable y puede suponer un importante desperdicio de recursos. En estos casos, o bien se imprime sin soportes (por ejemplo, a 45 grados, como se ve en el vídeo siguiente) o se fresan los soportes después de la impresión.
6. DIVERSAS ESTRATEGIAS DE IMPRESIÓN
El aspecto robótico de la impresión 3D basada en robots permite el uso de diversas estrategias de impresión. Ejemplos de estrategias de impresión son la impresión no plana, la impresión multiplana o la impresión a 45 grados, como se ve en el vídeo anterior.
La impresión a 45 grados abre nuevas posibilidades de diseño. A pesar de la mayor escala, el ángulo de voladizo sigue siendo el mismo que en la impresión 3D de pequeño formato, normalmente alrededor de 45 grados. Esto se aplica tanto a la impresión 3D a pequeña como a gran escala, independientemente de si el extrusor está colocado en ángulo.
Cuando el extrusor se coloca en ángulo, el ángulo de voladizo permanece en 45 grados, pero gira en relación con la capa inferior. Esto debe tenerse en cuenta durante el proceso de diseño para garantizar que los voladizos se puedan imprimir correctamente sin colapsar ni distorsionar. En el vídeo anterior se puede ver un ejemplo de este tipo de impresión.
7. IMPRESIÓN DE UN MATERIAL A LA VEZ
Al igual que la impresión 3D a pequeña escala, la impresión 3D a gran formato implica imprimir capa por capa. La impresión con impresoras de filamentos a pequeña escala permite pausar la impresión y cambiar el filamento. Esto permite imprimir un objeto con múltiples materiales.
Con la impresión a gran escala basada en gránulos, el material no se puede cambiar tan fácilmente. El barril de la impresora debe vaciarse y purgarse antes de poder utilizar un nuevo material.
Una aplicación común de la impresión de dos materiales diferentes al mismo tiempo se puede encontrar en los soportes de impresión. Esto asegura que los soportes se puedan disolver en agua o sean fácilmente removibles. Sin embargo, esto no causa una limitación para la impresión 3D a gran escala, ya que la impresión con soportes no es una práctica común.
8. SISTEMAS DE IMPRESIÓN MODULARES
Una ventaja que ofrece la impresión robótica a gran escala es la modularidad de los sistemas de impresión. Por ejemplo, una solución de robot Flexbot existente puede equiparse con varias extrusoras robóticas y opciones de fresado. Además, CEAD ofrece camas de impresión modulares, lo que aumenta el potencial de impresión. La combinación de esto con la colocación del robot en una pista lineal da como resultado un aumento significativo en el volumen de impresión.
La modularidad no solo se refiere a las actualizaciones relacionadas con el robot y el equipo. También se pueden combinar varios Flexbots basados en robots para imprimir el mismo objeto desde dos ángulos diferentes, como se ve en la imagen de abajo. Haga clic para leer más sobre el sistema de impresión 3D robótico de 36 por 4 metros que se ve en la foto de abajo.
La modularidad de la fabricación aditiva a gran escala basada en robots le permite ajustar el sistema de impresión a su aplicación e instalación de impresión.
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9. OLVIDESE DEL RELLENO
La impresión 3D tradicional más pequeña requiere impresiones huecas para contener una estructura interna, llamada relleno. Este patrón interno de material se imprime dentro de la forma de una impresión 3D, con el fin de proporcionar a la impresión final más soporte y resistencia adicionales.
Cuando se imprime en un formato grande, no suele ser necesario el uso de relleno. Por lo general, las impresiones de fabricación aditiva a gran escala son lo suficientemente resistentes cuando se imprimen huecas. La resistencia de las impresiones se atribuye al mayor tamaño de las mismas y a la presencia de fibras en el material. La ausencia de relleno ahorra tiempo de impresión y uso de material.
Sin embargo, el tamaño y la aplicación de algunas impresiones podrían requerir una resistencia adicional, como el puente que se ve en la imagen de abajo. Para aumentar la resistencia, las impresiones LFAM pueden diseñarse con una estructura interna acanalada. Esto refuerza los puntos críticos. Otra aplicación de esto se puede encontrar en las impresiones que se utilizan a temperaturas elevadas (por ejemplo, en autoclave).
Lea más sobre la impresión 3D de gran formato y el relleno en la base de conocimientos de CEAD.
10. A GRAN ESCALA ES A GRAN ESCALA
Es importante tener en cuenta que los objetos impresos no deben ser, en general, inferiores a 300 mm x 300 mm x 300 mm. Aunque se pueden imprimir objetos más largos que sean más cortos de 300 mm, esta es la pauta general.
Además, no se recomienda imprimir detalles de menos de 10 mm, debido a las limitaciones del ancho de capa más pequeño posible y al círculo completo que se puede hacer con la trayectoria de la herramienta. Por lo tanto, la fabricación aditiva a gran escala debe centrarse en proyectos grandes.
TRANSICIÓN DE LA IMPRESIÓN 3D A PEQUEÑA ESCALA A LA IMPRESIÓN 3D A GRAN ESCALA
Las directrices elaboradas en este artículo le ayudarán a conseguir impresiones de gran formato de alta calidad. ¿Está estudiando las posibilidades de la LFAM para su organización?
El innovador enfoque de CEAD de la impresión 3D de gran formato está revolucionando la industria y allanando el camino para nuevas posibilidades en el diseño y la fabricación. Póngase en contacto con los especialistas de CEAD para obtener más información sobre las posibilidades que este enfoque puede ofrecer a su centro de producción o investigación.