Salpicadero de fibra de madera de Objet

Aplicaciones de acabado

Pegue, selle y embellezca las piezas impresas en 3D

Para conseguir prototipos casi indistinguibles de los productos moldeados por inyección, aplicaciones de mecanizado avanzadas y dispositivos personalizados duraderos de aspecto agradable, aplique un sencillo postprocesado a las piezas impresas en 3D.

Estación de suavizado Finishing Touch: ampliando las posibilidades

Descripción general

La gama de aplicaciones de fabricación aditiva es amplia y sigue creciendo. A medida que los procesos y materiales han ido avanzando, la industria ha ampliado el uso de la tecnología más allá del prototipado y de la fabricación. Aunque las aplicaciones son diversas, hay un dilema que todas ellas comparten, un sacrificio subyacente entre calidad estética y funcionalidad. Las tecnologías de fabricación aditiva con los mejores acabados superficiales se han diferenciado claramente de aquellas con la mayor resistencia.

Prácticamente, cualquier pieza dura, duradera y resistente puede tener un acabado de superficie suave y lista para la pintura. Sin embargo, el coste y el tiempo necesarios podrían ser prohibitivos o los efectos sobre la precisión de la pieza podrían ser inaceptables. Por ello, es posible que en el pasado las empresas se hayan decidido una alternativa más débil y menos duradera para ahorrar tiempo, disminuir los costes y conservar los detalles.

El acabado de prototipos, los componentes de fabricación de herramientas o las piezas finales se pueden hacer de varias maneras, cada una de las cuales afecta al plazo de fabricación, los gastos y la calidad. La alternativa más común consiste en lijar una pieza en forma manual o con herramientas eléctricas. En general, esto funciona bien, especialmente para las piezas de tamaño razonable y con pocas características y detalles. Sin embargo, si la pieza incluye muchas características, detalles pequeños o cavidades profundas, el lijado se vuelve una tarea ardua, costosa y que requiere mucho tiempo. Otro aspecto a tener en cuenta es que la eliminación de material hace que la precisión dimensional sea una variable que cambia con cada persona que entre en contacto con la pieza.

Entre las operaciones de lijado se podría aplicar masilla o una imprimación de pintura. Esta es una técnica habitual a la hora de preparar una pieza para el proceso de pintado, ya que permite acabados muy suaves en las piezas. La masilla y la imprimación también ayudan a conservar la precisión dimensional, ya que se rellenan los surcos antes de lijarlos. Sin embargo, este acabado listo para la pintura conlleva un coste. La aplicación de varias capas de masilla y de imprimación exige mucho más tiempo y el lijado entre cada capa supone aún más trabajo. Esto aumenta el plazo de fabricación y los gastos de la pieza.

Otro método para suavizar las piezas hechas con termoplásticos consiste en “derretir” la superficie exterior con un disolvente. Es posible que se haya aplicado MEK o ProWeld con brocha en las superficies de las piezas o que se hayan sumergido en un baño del material. El disolvente hace que el plástico se licúe y rellene las áreas inferiores de la superficie. Los disolventes tienen la ventaja añadida de sellar una superficie porosa. Aun así, plantean algunos inconvenientes. Es posible que se distorsionen las características pequeñas, que no se alcancen las cavidades y las gotas podrían dejar una marca visible. Otro aspecto a tener en cuenta es que los tiempos de secado podrían ser largos si el disolvente se tiene que evaporar desde la parte más interior de una superficie porosa.

Lo que necesita la industria, especialmente a la hora de buscar aplicaciones de fabricación digital directa (DDM, por sus siglas en inglés), es una técnica de acabado que reduzca los plazos de fabricación y los costes, además de proporcionar piezas robustas y funcionales, de gran precisión y detalles nítidos.

FDM y el proceso de suavizado

Ya se dispone de un método de acabado alternativo para procesar las piezas FDM. Con poco trabajo y un ciclo de procesamiento corto, la estación de suavizado Finishing Touch permite hacer prototipos, herramientas y piezas finales con acabados listos para pintura, laminado o producción. La estación de suavizado puede proporcionar un acabado superficial de 32 a 63 micras.

El éxito del proceso de suavizado ha llevado a las empresas a reevaluar el uso de la tecnología FDM en aplicaciones en las que se utilizaban otras tecnologías rivales. FDM ha sido la solución preferida en muchos casos, pero el tiempo y el gasto necesarios para acabar las piezas no resultaban adecuados para la aplicación. La estación de suavizado ofrece a estas empresas la resistencia de las piezas FDM además del acabado superficial suave que necesitan.

La estación de suavizado consta de dos cámaras: una para enfriar y curar y otra para suavizar. En primer lugar, las piezas se colocan en la cámara de enfriamiento para disminuir su temperatura. A continuación, se pasan a la cámara de suavizado y permanecen ahí de 10 a 30 segundos. La temperatura más fría de la pieza hace que el agente de suavizado se condense de manera uniforme en todas las características. A medida que lo hace, se adhiere a las superficies de la pieza y las suaviza hasta conseguir un acabado fino. Permita que la curación se realice entre 15 y 20 minutos. A continuación, se lija suavemente y se repite el ciclo conforme sea necesario. El lijado no es necesario, pero produce el mejor resultado. Se repite el ciclo las veces que haga falta y, seguidamente, las piezas reposan en la cámara de curado. Las piezas están secas al tacto en un plazo de 30 a 45 minutos. Para obtener los mejores resultados, hay que dejar curar las piezas entre 12 y 18 horas.

Cuando las piezas se sacan de la estación de suavizado, tienen un acabado brillante. Si se prefiere un acabado mate, al proceso de suavizado le sigue un barnizado con granallado (a veces, denominado chorro de arena). Stratasys recomienda usar un chorro con una presión no superior a 2068 bares o 30 psi en la boquilla de pulverización y un tamaño de bandeja de 1016 x 509 x 508 mm (40 x 22 x 22 pulgadas). Barnice la superficie con material plástico Polyhard Type III (puede encargarlo en línea en www.ustechnology.com/ stratasys) que ofrece una textura uniforme y satinada a la pieza, similar a las piezas moldeadas por inyección.

El proceso es un método suave y sin intervención para el acabado de las piezas FDM. Esto evita que las pequeñas características se distorsionen o que se eliminen por error. También conserva la precisión dimensional de la pieza FDM.

Estudios realizados en el W.M. Keck Center para la innovación 3D de la Universidad de Texas en El Paso’ (UTEP) han permitido confirmar estas conclusiones . Según Frank Medina, gerente del centro W.M. Keck, “La precisión del FDM de 400mc se ha determinado en +/- 0,013 mm (+/- 0,005 pulgadas). El proceso de suavizado cambia la pieza no más de 0,023 mm (0,0009 pulgadas). Esto permite llegar a la conclusión de que los cambios en la precisión debidos al suavizado tras tres exposiciones es insignificante.” En una investigación independiente realizada en UTEP, que llevaron a cabo David Espain, Frank Medina y Ryan Wicker, el equipo determinó que la duración de la exposición o por el número de exposiciones prácticamente no afecta a la precisión dimensional. El equipo también determinó que 1 hora, 20 minutos es suficiente para que la pieza se endurezca por completo, después de sacarla de la cámara de suavizado.

La estación de suavizado reintroduce FDM a las aplicaciones en las que la textura superficial es tan importante como la funcionalidad, el plazo de fabricación y el coste de la pieza. Un lote típico de piezas FDM se puede procesar y estar listo para pintura en menos de dos horas, con menos de 15 minutos de trabajo.

Aplicaciones

Los ejemplos de aplicaciones para la vida real del proceso de suavizado abarcan una gama muy amplia, que va desde muestras de marketing pintadas a la fabricación de productos acabados. Desde el lanzamiento de la estación de suavizado se ha ampliado el uso de sistemas Fortus para una gama de aplicaciones. Con el proceso de suavizado, las empresas están ampliando el uso que hacen de FDM en aplicaciones que requieren tanto funcionalidad como superficies suaves. Entre las aplicaciones se incluyen: 1. Acabado de piezas maestras mediante pintura o galvanizado; 2. Fabricación de matrices; 3. Sellado de piezas para aplicaciones líquidas; 4. Termoconformado de moldes y 5. Moldeado por inversión.

Pintura:

Uno de los principales fabricantes de automóviles estima que hacen falta tres días y 700,00 USD para preparar el prototipo de la parrilla delantera para el proceso de pintura. Durante el transcurso de los tres días, los trabajadores aplican masilla, lijan todas las superficies, aplican la imprimación, vuelven a lijar todas las superficies y le dan un acabado con una capa superficial de imprimación. Por el contrario, la misma parrilla se suaviza y queda lista para la pintura en menos de dos horas. El tiempo de mano de obra total del proceso de suavizado es de solo 45 minutos y el coste de los suministros no llega a 10,00 USD. Aunque el ahorro en tiempo y gastos de un 90 % es algo impresionante, la empresa cree que el mayor beneficio se encuentra en la reducción del tiempo de fabricación.

Para reducir el tiempo del lijado manual para una parrilla, la empresa de automoción crearía la pieza FDM con la misma orientación en la que se monta en el vehículo. También crearía la pieza en partes de menor grosor. El suavizado elimina estas dos medidas que requieren demasiado tiempo. Al crear la parrilla por la parte posterior y en partes más delgadas, la empresa consiguió reducir los tiempos de fabricación a más de la mitad. Esto también permitió disminuir el coste de la pieza, acelerar la entrega y aumentar la capacidad de producción. Al tener más capacidad y plazos de fabricación más cortos fue necesario recurrir menos a la subcontratación, reduciendo así los gastos del prototipo y manteniendo la confidencialidad de la información de diseño dentro de la organización.

Un destacado fabricante de juguetes infantiles y de ropa para bebé estima que pinta casi la mitad de todas las piezas de fabricación aditiva que fabrica durante el periodo de un año. Para preparar estas piezas para el proceso de pintura se lijan, rellenan, se aplica una capa de imprimación y luego se vuelven a lijar. Este enfoque amplía los plazos de fabricación, requiere mano de obra y añade un coste importante a la operación de prototipado.

Durante una evaluación, la empresa llevó a cabo una comparación entre el enfoque de acabado a mano y el proceso de suavizado durante la preparación para el proceso de pintura de un asiento para bebé. Se descubrió que es posible reducir el tiempo de espera y los costes en más del 80 %. Aunque el proceso de suavizado se llevó a cabo en menos de dos horas y por menos de 40,00 USD, el lijado y la pintura necesitaron seis horas de trabajo y tuvieron un coste superior a los 250,00 USD.

Termoconformado:

Un fabricante de envasado de alimentos ha utilizado las herramientas FDM para el proceso de termoconformado durante las validaciones de diseño. La ventaja de una herramienta FDM es que se puede fabricar porosa, esto permite que realizar el vacío a lo largo de toda la pieza. Gracias a esto, la empresa puede utilizar las herramientas FDM una vez completada la fabricación. Sin embargo, no utilizó estas herramientas para las muestras de marketing, ya que la superficie porosa resultaba demasiado áspera.

Las pruebas han demostrado que el proceso de suavizado permite que el molde FDM sea de doble uso. El molde FDM se suaviza después de la verificación de diseño. El acabado brillante que se obtiene es ideal para las muestras de marketing termoconformadas. Con el proceso de suavizado la empresa puede termoconformar modelos de diseño y muestras de marketing el mismo día.

La única limitación del proceso de suavizado es que sella la superficie de la pieza, eliminando una ventaja del molde FDM de termoconformado. No obstante, la empresa descubrió que simplemente puede perforar el revestimiento de la pieza FDM en lugares estratégicos. Dado que el proceso de suavizado solo penetra 0,25 mm (0,010 pulgadas), los técnicos pueden utilizar cualquier herramienta de punta afilada para perforar la superficie del molde.

Galvanizado:

Los galvanizadores han descubierto que el proceso de suavizado permite llevar a cabo dos funcional fundamentales en una sola operación. El resultado es una entrega más rápida, menor gasto y mayor calidad.

Antes del proceso de galvanizado, las piezas se deben suavizar y sellar. Se pueden ver superficies ásperas en la pieza plateada y la porosidad permite que las soluciones de galvanizado se disuelvan en el interior. Los procesos tradicionales y manuales para suavizar y sellar las piezas añaden un mayor plazo de fabricación y gastos de mano de obra directa. También introducen variaciones en la calidad y en la precisión de la pieza.

El lijado manual de las piezas para que alcancen un nivel de suavidad adecuado para superficies de metal pulidas es un proceso que requiere mucho tiempo. También requiere de cierta destreza que podría conllevar diferencias en la calidad de la pieza. Del mismo modo, el sellado de las piezas con una imprimación puede dar lugar a incoherencias en la aplicación de las capas de imprimación y conductoras. La alternativa consiste en sumergir las piezas en disolvente, aunque esto podría afectar a los detalles pequeños. La inmersión también requiere de un largo ciclo de secado de uno o dos días.

En cambio, el proceso de suavizado protege las características pequeñas y los detalles delicados de las piezas galvanizadas, además de conservar la consistencia dimensional. Y también reduce la necesidad de mano de obra directa y el tiempo de procesamiento. En la mayoría de los casos, las piezas están listas para la galvanizado en menos de dos horas.

Moldeado:

Las fundiciones de moldeado en arena y moldeado a la cera perdida han implantado la tecnología FDM para acelerar los procesos de producción de patrones y de fabricación de herramientas. El único obstáculo para reducir los plazos de fabricación de los moldeados de alta calidad siempre ha sido el acabado superficial. Dado que la calidad del moldeado depende de la calidad del patrón o de la herramienta, es necesario invertir tiempo y mano de obra en cada pieza FDM para darle un acabado manual a las superficies.

En el caso del moldeado a la cera perdida, el acabado manual es un proceso repetitivo, ya que se consume un patrón FDM por cada moldeado de metal. Además del impacto en tiempo y costes, el procesamiento manual de los patrones complica la consistencia dimensional de una pieza a otra. El proceso de suavizado resuelve estos tres problemas al mismo tiempo. En un lote, la estación de suavizado puede procesar varios patrones FDM en menos de una hora y con solo algunos minutos de mano de obra directa. Además, la acción suavizante es la misma para todas las piezas, por lo que hay una consistencia en la calidad de la superficie y en la precisión dimensional de las piezas.

Las fundiciones de moldeado en arena utilizan patrones FDM para producir cajas de núcleos, capas y match plates que envasan arena para hacer la herramienta de moldeado. Las fundiciones también pueden hacer estos elementos directamente a partir un sistema Fortus, eliminando así la necesidad de patrones. Ya sea un patrón FDM o una herramienta FDM, el proceso de suavizado reduce la mano de obra directa y el plazo de fabricación en la producción de moldeados en arena.

Las ventajas del proceso de suavizado aumentan cuando se fabrican moldes en arena complejos, tales como cajas de engranajes o rótulas de dirección. Una fundición observó que las piezas complejas requerían docenas de machos de arena, cada uno hecho a partir de diferentes cajas de núcleos, para reproducir los pasajes y cavidades internos. Darle un acabado manual a una docena de cajas de núcleos supone muchos días e incontables horas de trabajo. Al sustituir el proceso de suavizado, se puede realizar el mismo trabajo en una fracción del tiempo y con muy poca mano de obra directa. Lo más importante para la fundición es un aumento en la capacidad de producción más una reducción del tiempo de espera.

Conclusión

Las empresas están logrando reducciones importantes en los plazos de fabricación y en los gastos al usar la estación de suavizado para el acabado y sellado de las piezas FDM. Con independencia de la complejidad y del número de características, la estación de suavizado consigue un acabado listo para pintura en unas pocas horas y necesita menos de una hora de trabajo y 10,00 USD en suministros.

La estación de suavizado ha logrado básicamente automatizar el proceso de acabado de fabricación aditiva FDM. Elimina el tiempo, trabajo y gastos de lijado, llenado y la aplicación de imprimación para lograr un acabado superficial suave para las piezas de producción, herramientas de prototipo y muestras pintadas. Al hacer esto, la estación de suavizado ha eliminado la necesidad de sacrificar la calidad estética o la funcionalidad del producto.

Asiento de bebé


Proceso

Plazo de fabricación

Coste de mano de obra

Coste de suministros

Lijado manual

1,5 días

USD $240

USD $15

Suavizado

2 horas

USD $30

USD $10

AHORROS

83%

84%

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