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.

Unión y pegado

Descripción general

Cree modelos que sobrepasen el tamaño de la bandeja de fabricación de la impresora 3D o combine piezas impresas en 3D con otros componentes.

Unión de piezas FDM

En el caso de piezas que son demasiado grandes para caber en un único trabajo de impresión, para trabajos de impresión más veloces con menos material de soporte, o para piezas con características más finas, la división y unión de piezas fabricadas con la tecnología Fused Deposition Modeling (FDM) supone una excelente opción. Existen muchos métodos y más materiales aún, para la unión de piezas FDM.

Las principales consideraciones a la hora de seleccionar el método de unión son la resistencia de unión y la compatibilidad con cada material FDM. Para obtener datos sobre la resistencia, Stratasys llevó a cabo pruebas de laboratorio en la Universidad de Texas en El Paso a fin de medir la resistencia a la tracción. También se tuvieron en cuenta otros criterios, tales como el tiempo, el coste, la dificultad de la operación, la configuración de las piezas y el rendimiento general. No obstante, la precisión de las piezas unidas depende de diversos factores. Por ejemplo, las características adhesivas, tales como la viscosidad, influirán en la precisión. Las habilidades del técnico, el estilo de la unión y el tipo de fijación tendrán un impacto aun mayor.

A fin de asesorarle en la selección del enfoque de unión que más se adapte a sus necesidades, presentamos una breve evaluación de los métodos habituales de unión de piezas en distintos materiales FDM.

Adhesivo (resina epoxi)

Para unir piezas FDM se suelen utilizar resinas epoxi de dos piezas. Los componentes de resina epoxi se mezclan y, a continuación, se aplican con dispensadores, pinceles o infiltración. La viscosidad abarca el intervalo que va desde delgada y de tipo masilla a espesa y pastosa, por lo que las técnicas de aplicación también serán diferentes. Tras la aplicación, se fijan o sujetan las secciones unidas mientras se cura la resina epoxi.

La duración de la curación de la resina, las propiedades de material y la fuerzas de unión varían en las resinas epoxi, pero en general, son fáciles de usar. Ofrecen una excelente resistencia mecánica y normalmente cuentan con una buena resistencia a altas temperaturas y a los químicos. Estos adhesivos presentan la ventaja de que se aplican entre 20 y 70 minutos, así que se pueden realizar ajustes después de acoplar las secciones. No obstante, el inconveniente son los plazos de curación prolongados. Cuando se curan a temperatura ambiente, las piezas no se deben manipular durante muchas horas, y los ciclos de curación oscilarán entre uno y cinco días. En el caso de curación mediante calor, el ciclo se puede acelerar notablemente.

Adhesivo (cianoacrilato)

El cianoacrilato es más conocido como Super Glue. Es un adhesivo de curación rápida que se puede utilizar para reparaciones rápidas, fáciles y para aplicaciones de unión ligeras. Basta con aplicar Super Glue a las superficies de ajuste para unir las secciones. El adhesivo se fija en pocos minutos. La resistencia a la tracción de las piezas FDM pegadas con Super Glue es superior a la de los adhesivos de resina epoxi. No obstante, la resistencia a las altas temperaturas, a los químicos o a los solventes es inferior. Por tanto, el uso de Super Glue podría disminuir el rendimiento de las piezas FDM. Por ello, se recomienda más para modelos de concepto y para prototipos de forma y ajuste, en lugar de para prototipos funcionales o piezas fabricadas.

Disolvente

La unión con disolvente se realiza al derretir químicamente el plástico presente en las superficies a unir. El disolvente se puede aplicar con un cepillo en las secciones que se van a unir y fijar, o bien, se puede inyectar en una junta previamente unida o en una fisura existente. El disolvente (de viscosidad similar al agua) se esparce por la superficie de la pieza, mejorando la resistencia de la reparación o unión. Se pueden usar distintos disolventes, pero se recomienda SAME STUFF, de Micro–Mark. Este método permite conseguir uniones más resistentes que las de los demás adhesivos. Al igual que en el caso del Super Glue, el proceso es fácil y la unión se fija en segundos. Otro elemento en común es que se puede aplicar en áreas de difícil acceso, ya que el disolvente se esparce por las juntas o fisuras.

Una de las ventajas con respecto al Super Glue y la resina epoxi es que, tras la evaporación, la pieza unida solo contiene material FDM. Aunque la unión se fija en segundos, conviene dejar que las piezas se curen durante un plazo de al menos ocho horas Asimismo, tenga en cuenta que si la pieza se somete a temperaturas superiores a 80 °C (176 °F), se podrían formar burbujas en la superficie. La soldadura mediante disolvente no es adecuada para uniones PPSF o ULTEM 9085. Estos materiales FDM son resistentes a los químicos, por lo que su reacción frente a los disolventes es baja.

Soldadura de materiales plásticos con aire caliente

La soldadura de plástico con aire caliente es similar a la soldadura de metal mediante oxiacetileno Sin embargo, un chorro de aire caliente sustituye a la llama, y un filamento de material FDM sustituye a la varilla de aportación. Para unir las piezas se arrastra lentamente una herramienta de soldadura con aire caliente a lo largo de la unión. El calor funde el filamento que, a continuación, rellena las juntas. Este método logra uniones más resistentes que las de todos los demás métodos. También es rápido y barato.

Las piezas se pueden usar en cuanto se noten frías al tacto. Dado que el material de unión es una pequeña pieza de plástico FDM, el coste es insignificante. Otra ventaja de usar el material FDM como medio de unión es que con ello se logra continuidad de material. La unión tiene las mismas propiedades y características que la pieza. Para lograr los mejores resultados, se recomienda no utilizar la soldadura con aire caliente en secciones de paredes finas. Además, el proceso requiere cierta habilidad, por lo que los resultados dependerán de la experiencia y habilidades del técnico.

Soldadora ultrasónica por puntos

Esta técnica se usa mucho en los procesos de producción, al crear una unión permanente entre piezas plásticas. La herramienta de soldadura ultrasónica por puntos usa ondas sonoras para fundir áreas específicas de la unión. Gracias a la disponibilidad de soldadores ultrasónicos portátiles, este método también se puede usar en aplicaciones de prototipado de bajo volumen o de fabricación digital directa. Comparado con otros métodos de unión la soldadura ultrasónica no presenta prácticamente ninguna desventaja, más allá de la necesidad de adquirir una herramienta de soldadura. Las áreas soldadas son más resistentes que el material de alrededor, aunque la resistencia a la tracción no es tan grande como la que se obtiene mediante la soldadura con aire caliente o la de las piezas no adheridas. Con frecuencia es posible intercambiar el sonotrodo de la soldadora ultrasónica, y sus extremos. Hay disponible una amplia variedad de tipos de sonotrodos y de extremos de soldadura; que determinarán el espesor del material que se puede soldar, el diámetro de la soldadura y el tipo de soldadura creada.

Como no se introduce ningún material en la unión, la precisión de la pieza o sus propiedades no se ven muy afectadas. Esto hace que la soldadura ultrasónica sea ideal para las aplicaciones médicas, donde es necesario tener en cuenta la calidad de la pieza y su idoneidad para el contacto con tejido humano.

Cuando se necesita una resistencia mayor, la soldadura ultrasónica se puede usar combinada con otros métodos. Sujete las piezas individuales de la soldadura para fijar su posición y, a continuación, aplique los adhesivos, disolventes u otros agentes de unión. Este enfoque resulta especialmente útil en el caso de ensamblajes voluminosos o incómodos. La soldadura ultrasónica es rápida y barata. La pieza se puede usar inmediatamente después de finalizada la operación de soldadura. Además, dado que no se requieren consumibles, el único gasto es el de la mano de obra directa.

Sujetadores (mecánicos)

Aunque este enfoque es un método de adhesión y no de unión, puede ser una alternativa eficaz. Existe un gran número de enfoques de fijación mecánica y de opciones de hardware que se pueden usar para unir piezas FDM. Un enfoque único para unir las secciones de forma mecánica consiste en insertar un elemento de sujeción en la pieza FDM durante el proceso de fabricación. Al emerger de la máquina Fortus, los elementos de sujeción quedan integrados dentro de la pieza.

Caso de cliente

“Queremos un automóvil limpio y eficiente desde el punto de vista energético”, explica Jim Kor, presidente y diseñador senior del grupo de ingeniería de KOR EcoLogic con sede en Winnipeg. Su amor por el medio ambiente le llevó a diseñar los principios de sostenibilidad en un nuevo automóvil de nombre en clave Urbee, creado con las capacidades de producción de Stratasys. El Urbee, siglas de automóvil eléctrico urbano con respaldo de etanol, para dos pasajeros se diseñó con la idea de utilizar la menor cantidad de energía posible. Es capaz de alcanzar más de 85 km/l en autovía y 42,5 km/l en ciudad. Además, en la actualidad es el primer prototipo de automóvil cuya carrocería completa se creó mediante un proceso aditivo.

Al evaluar las opciones, Kor descubrió que fabricar los paneles de la carrocería del prototipo con polímero reforzado con fibra (FRP, por sus siglas en inglés) o fibra de vidrio suponía tener que crear conectores a escala 1:1 para cada panel de la carrocería, partiendo de la creación de una estructura de madera resistente o MDF, que luego se cubría con una espuma densa que se podía tallar a mano para darle forma. Además, el conector se podría tallar con una máquina de fresado CNC para conseguir una superficie más precisa.

“Una carrocería de fibra de vidrio habría llevado mucho tiempo”, explica Kor. “Además, tendríamos que haber resuelto el problema del borrador o de la capacidad de la pieza para salir del molde.”

Después de que uno de los diseñadores industriales de KOR recomendara Stratasys a Jim Kor, parecía que el equipo había encontrado una solución al problema. Las conversaciones con los representantes de Stratasys permitieron que Kor entendiera que todos los componentes exteriores se pueden crear y unir mediante las impresoras 3D Dimension y los sistemas de producción Fortus 3D en RedEye On Demand (servicios de creación rápida de prototipos y de fabricación digital directa en Stratasys).

Kor y sus colegas transformaron el modelo informático escaneado del automóvil en nueve paneles lógicos de carrocería, primero creando un modelo a escala 1/6 para comprobar el ajuste exacto de las piezas individuales. Esto permitió al equipo tener la completa seguridad de que los paneles grandes no presentarían problemas.

El equipo, junto a Stratasys, eligió el material ABS y comenzó la fabricación del automóvil. Se crearon varios paneles principales de carrocería en Kor, en el plazo de semanas tras el visto bueno. En primer lugar se completaron los paneles laterales y la puerta a escala real. “Eran paneles de gran tamaño”, señala Kor. “Las piezas encajaron a la perfección.” Stratasys fabricó y unió los paneles de carrocería restantes.

“Stratasys puede crear un guardabarros y colocar el plástico justo en el lugar donde es necesario”, señala. “Es tan fuerte que parece increíble. Es bueno para el medio ambiente, reduce los costes y no sacrifica la seguridad. Ya no tenemos que poner material donde no hace falta. La tecnología FDM ha permitido que los cambios en el diseño del Urbee sean algo sencillo y eficaz”, explica Kor. “También nos ayudó a cumplir nuestros objetivos medioambientales gracias a la eliminación del uso de herramientas, el uso de máquinas y el trabajo manual. Si se consigue una prueba piloto sin la necesidad de herramientas, se dispone de ventajas.”

Kor quedó maravillado con la velocidad de la tecnología de producción FDM. “Las piezas de carrocería que normalmente requieren un plazo de días o semanas se consiguen muy rápido”, señala. “Con los otros métodos, hacen falta meses.”

Jim Kor habla sobre la unión de piezas FDM de Urbee

“Se fabricó un revestimiento de automóvil a escala real en plástico ABS para realizar pruebas funcionales del modelo Urbee. Algunas de las piezas eran demasiado grandes como para crearlas de una vez, así que se seccionaron en piezas que se fabricarían en la Fortus 900mc. Una vez creadas las piezas, era necesario unir los componentes seccionados. Usamos el método de soldadura con aire caliente. Las piezas seccionadas se fijaron mediante uniones en cola de milano, abrazaderas y tornillos de apriete. A continuación, se soldaron las secciones para fijarlas en su posición. Seguidamente, se unieron todas las uniones exteriores y las nervaduras internas mediante el método de soldadura con aire caliente. Las nervaduras internas que no forman parte de la estructura se unieron a través de una unión de disolvente, ProWeld. Para conseguir un acabado estético de la superficie externa y para las pruebas funcionales se lijaron las soldaduras.”

Pegado de piezas de PolyJet

Las capacidades de sobremoldeado de Objet han reducido notablemente la necesidad de crear modelos de los productos mediante el pegado de piezas moldeadas. Pero, en algunos casos, el pegado es necesario para crear una pieza más grande que la bandeja de fabricación o para combinar piezas impresas en 3D con otros componentes. Afortunadamente, las piezas impresas en 3D de los fotopolímeros PolyJet se pueden pegar de forma rápida y sencilla mediante un pegamento normal simple y barato.

En el caso de modelos grandes, se puede dividir el diseño en varias piezas para impresión 3D mediante un software de herramienta de corte, a fin de asegurarse de que las piezas se puedan conectar con precisión. Las piezas se pueden unir con pegamento instantáneo; también se puede usar un pegamento que requiera de un activador para controlar el tiempo de unión y para permitir el reposicionamiento.

Preimpresión de piezas para el pegado

Al imprimir piezas grandes, se puede separar el diseño en varias piezas y, a continuación, pegar dichas piezas para crear el ensamblaje completo. Esto puede hacerse con el software CAD antes de finalizar el diseño, o con un software de manipulación de archivos STL después de completar el diseño CAD. Es importante tener en cuenta lo siguiente a la hora de pegar varias piezas juntas:

  • Encontrar una forma sencilla de conectar las piezas con precisión.
  • Mantener las propiedades dimensionales de las piezas pegadas, tal como se estableció en el diseño CAD.

La herramienta de corte mediante software Magics permite pegar varias piezas y conseguir estos objetivos de forma sencilla e intuitiva. La herramienta de corte mediante software Magics ofrece diversas opciones. Se recomienda el siguiente procedimiento cuando se utiliza esta herramienta de software:

  1. Oriente la pieza para que coincida con el sistema de coordenadas natural de la misma (es decir, vista frontal, vista posterior, vista izquierda, etc.). De este modo, puede tener una perspectiva clara del lugar donde dibujar la línea de corte en relación a la pieza.
  2. Dibujar la línea de corte. Se recomienda comenzar por un punto fuera del cuerpo de la pieza y terminar por un punto al otro lado del cuerpo de la pieza; de este modo, se crea una línea recta a lo largo de la pieza.
  3. Es posible elegir entre un triángulo (más adecuado para partes pegadas), cuadrado (adecuado para moldes), sierra de vaivén o un corte definido por el usuario. También se puede controlar el tamaño y el desplazamiento del tipo de corte.
  4. Asegúrese de agregar un espacio entre las piezas cortadas. Esto deja suficiente espacio para el pegamento y garantiza que la pieza final mantenga las propiedades dimensionales diseñadas. Tenga en cuenta que el valor de espacio varía según el tipo de pegamento usado y que el valor predeterminado recomendado es de 0,1 mm. Se crean dos archivos STL independientes cuando se completa la operación de corte, y estos se pueden imprimir libremente en la bandeja.

Postproceso de las piezas para el pegado

Se recomienda el siguiente proceso antes de pegar las piezas:

  1. Una vez impresas las piezas, utilice la estación de chorro de agua para limpiarlas.
  2. Cuando estén limpias, sumérjalas en una solución de hidróxido de sodio al 2 % diluido en agua entre 20 y 40 minutos. Esto elimina todos los residuos del material de soporte.
  3. Vuelva a enjuagar con agua
  4. Seque las piezas al aire libre o utilice aire comprimido para acelerar el proceso de secado.

Tipos de pegamento recomendado

El tipo de pegamento que más usan los expertos de PolyJet es Super Glue (también denominado cianoacrilato). Por lo general, el cianoacrilato es una resina acrílica que se polimeriza rápidamente en presencia de agua (específicamente, de iones hidróxido). Habitualmente se utiliza ALTECO- ACE –D con un activador para controlar el tiempo de unión. También se puede usar un atomizador activador para endurecer los residuos a medida que se esparcen en el modelo. Después, se pueden lijar para evitar que el exceso de pegamento se disperse en las piezas.

Para conseguir una unión instantánea, se debe aplicar el pegamento en la superficie deseada y luego rociarlo con el acelerador. Para obtener más información sobre pegamentos y acelerador, acceda a los siguientes enlaces:

Otros tipos de pegamento

Piezas rígidas

  • LOCTITE 401 – viscosidad media
  • Permabond Ultra Fast 792 – tiempo de curación ultrarrápido, para uso general
  • Al-fix – incluye activador
  • Kleiberit 851.0 – con tapón aplicador fácil de usar

Piezas flexibles

  • Sico Met 8300 y atomizador acelerador de alta velocidad — buenos para elastómeros
  • Permabond Black Magic 737 para piezas flexibles