Resumen: La tecnología de fusión por lecho de polvo (PBF) SAF™ de Stratasys utiliza un agente absorbente de infrarrojos y calor para fusionar polvo de polímero y crear piezas isotrópicas de alta precisión que ofrecen un anidamiento eficiente, ciclos rápidos, materiales reciclables y una producción escalable en los sectores aeroespacial, automotriz, sanitario y otros.
Si cree que el tema de la impresión 3D le resulta confuso o abrumador, no es el único. Hay muchos aspectos que tener en cuenta. Pero cuanto más aprenda, más claro lo verá todo. Un buen punto de partida es familiarizarse con las diferentes tecnologías de fabricación aditiva (AM), es decir, los métodos de impresión 3D, que existen en el mercado. Para ayudarte a alcanzar ese objetivo, en esta publicación analizamos más detenidamente una de esas tecnologías, la fusión en lecho de polvo, para que puedas comprender mejor cómo se utiliza, dónde encaja y cuándo considerarla.
La impresión 3D por fusión de lecho de polvo es un proceso de fabricación aditiva que funde y fusiona selectivamente material en polvo capa por capa utilizando una fuente de alta energía, como un láser o un haz de electrones, creando objetos tridimensionales. El método construye piezas a partir de un lecho de material finamente pulverizado basado en un diseño digital. El polvo no utilizado que rodea cada pieza sirve de soporte natural, lo que permite crear geometrías complejas sin necesidad de andamios adicionales (excepto en el caso del metal).
El proceso de fusión en lecho de polvo se divide en varias categorías generales que se diferencian por el método de calor utilizado:
Cada enfoque comparte el principio básico de construir piezas a partir de un lecho de polvo, pero el mecanismo de fusión y los materiales adecuados varían, lo que afecta a sus casos de uso ideales. Aunque el metal representa un gran porcentaje de la cuota de mercado de la PBF, esta entrada del blog se centrará específicamente en la impresión 3D con PBF de polímeros.
El proceso de fusión en lecho de polvo se puede dividir en una serie de pasos precisos. En primer lugar, se extiende una fina capa de polvo precalentado sobre la plataforma de construcción. A continuación, una fuente de energía térmica fusiona selectivamente el polvo según la sección transversal del modelo digital. Una vez fusionada una capa, la plataforma de construcción desciende ligeramente y se añade y fusiona una nueva capa de polvo precalentado.
Este proceso capa por capa continúa hasta que las piezas están completamente formadas. Una vez finalizada la construcción, las piezas se enfrían en el lecho de polvo. Tras el enfriamiento, se retira el polvo suelto restante, que a menudo se reutiliza en futuras impresiones. Dependiendo de los requisitos de diseño, pueden ser necesarios pasos adicionales de posprocesamiento, como el granallado, el teñido o el alisado por vapor.
Un aspecto que afecta a los materiales de fusión en lecho de polvo es su degradación final. La exposición al proceso de impresión deteriora las propiedades térmicas del material. Como resultado, el proceso PBF requiere que el polvo usado se renueve con una mezcla de polvo nuevo, cuya cantidad depende de las capacidades de la tecnología de fusión en lecho de polvo y de la impresora que se utilicen. El polvo inservible se convierte en un subproducto de desecho del proceso.
Al igual que otras formas de impresión 3D, el proceso PBF ofrece una libertad de diseño casi ilimitada, así como eficiencias en tiempo y costos en comparación con los métodos tradicionales de fabricación. Sin embargo, hay algunas características que lo diferencian de otros métodos de fabricación aditiva:
Otra ventaja de la impresión 3D con lecho de polvo que a veces se pasa por alto es su capacidad para producir piezas casi isotrópicas, es decir, piezas con propiedades mecánicas uniformes en todas las direcciones. Esto es favorable para los componentes funcionales críticos que soportan cargas.
Por el contrario, algunos otros procesos de fabricación aditiva crean piezas anisotrópicas en las que características como la resistencia varían entre los ejes de construcción. Esto crea variabilidad en las propiedades mecánicas de la geometría de la pieza, por ejemplo, siendo más resistente en una dirección y menos en otra.
A diferencia de muchos procesos de impresión 3D, las piezas de PBF de polímero se fabrican a partir de termoplásticos que son intrínsecamente reciclables, lo que hace que los procesos sean más sostenibles, algo especialmente importante a medida que la impresión 3D se expande hacia la producción en serie.
Debido a las ventajas que ofrece la impresión con lecho de polvo, tiene aplicaciones en prácticamente cualquier industria relacionada con algún tipo de fabricación.
A pesar de sus ventajas, la impresión 3D con fusión de lecho de polvo conlleva una serie de consideraciones que deben evaluarse cuidadosamente.
El costo del equipo es uno de los más elevados entre las tecnologías aditivas.
Las opciones de materiales se están ampliando, pero otras tecnologías de fabricación aditiva con polímeros ofrecen más opciones.
Dependiendo de sus aplicaciones, otras formas de fabricación aditiva, como las tecnologías FDM®, PolyJet™ o P3™ DLP, pueden ser más adecuadas, ya que no tienen las mismas consideraciones en cuanto a instalaciones y entorno. Estas tecnologías también ofrecen una gama más amplia de materiales.
Aunque la tecnología de aditivos PBF lleva existiendo unos 40 años, no se ha quedado estancada y los nuevos avances siguen ampliando sus capacidades.
En conjunto, estas innovaciones están haciendo que la fusión en lecho de polvo sea más accesible, eficiente y potente.
Stratasys aporta su experiencia en fabricación aditiva a la fusión basada en polvo a través de su tecnología SAF® Selective Absorption Fusion®, que actualmente se utiliza en la impresora 3D de lecho de polvo H350™. La tecnología SAF utiliza un agente absorbente de infrarrojos depositado por cabezales de impresión industriales y lámparas de calor infrarrojo para fusionar selectivamente polvos poliméricos.
Diseñada para subsanar las deficiencias de las opciones PBF de polímeros existentes, la innovación que hay detrás de la impresora H350 y la tecnología SAF ofrece a los fabricantes varias ventajas clave que superan las opciones PBF actuales del mercado.
Uno de los objetivos de diseño de la tecnología SAF era permitir el uso de la fabricación aditiva en entornos de producción, especialmente para piezas de uso final de mayor volumen, al tiempo que se minimizaban los costos operativos y se optimizaban los flujos de trabajo. Pero lo más importante es que la tecnología SAF se desarrolló para mejorar la tecnología PBF de polímeros actual.
Algunos de los aspectos más destacados en los que la impresora 3D H350 y la tecnología SAF abordan los puntos débiles de la impresión 3D con lecho de polvo actual son:
La impresora H350 utiliza un modo de impresión unidireccional patentado, frente al método bidireccional utilizado en los sistemas de la competencia. Además, la impresora H350 utiliza una cámara térmica de alta resolución, 100 veces más precisa que otros sistemas. Esta combinación produce un control térmico uniforme en toda la cama de impresión, lo que da como resultado piezas precisas en toda la construcción y un alto rendimiento.
La impresora H350 alcanza densidades de anidamiento de hasta un 43 % con un desperdicio de material prácticamente nulo. Otros sistemas de fusión de lecho de polvo de polímeros disponibles actualmente pueden alcanzar densidades de entre el 10 % y el 12 %. La impresora H350 también utiliza menos consumibles. Estos factores se combinan para reducir los costos operativos y aumentar el rendimiento, lo que reduce el costo por pieza.
El software GrabCAD Print Pro™ puede generar informes de construcción automáticos con trazabilidad de los trabajos sin costo adicional, algo que no es posible con los sistemas de la competencia. Los ajustes de impresión también son personalizables, lo que le permite ajustarlos según sea necesario para adaptarse a diferentes aplicaciones.
La impresora H350 tiene el menor costo energético por kilogramo de piezas impresas de su clase, según pruebas comparativas con la competencia. También ocupa menos espacio, lo que permite instalar dos impresoras en el mismo espacio que un sistema de la competencia. Un espacio más reducido equivale a una menor necesidad de control de la temperatura y la humedad, lo que contribuye a reducir la huella de carbono global de la tecnología.
El accesorio PowderEase™ T1 agiliza la manipulación del polvo con la separación, la recuperación de piezas y la dosificación de polvo automatizadas. Esto reduce significativamente la mano de obra necesaria para procesar las piezas después de la impresión, lo que permite a los clientes centrarse en otras tareas. También mejora la seguridad y la eficiencia en el lugar de trabajo al reducir la manipulación manual del polvo, limitar la exposición al polvo y recuperar el polvo no utilizado de manera más eficiente.
Además de estas ventajas, una innovación destacada en materia de sostenibilidad con la tecnología SAF es SAF ReLife PA12. Esta capacidad permite utilizar el polvo PA12 usado procedente de SAF y otras tecnologías basadas en polvo en la impresora 3D H350. Este enfoque ecológico puede reducir las emisiones de carbono hasta en un 90 %, convirtiendo eficazmente los residuos en valor.
La tecnología SAF PBF utiliza actualmente tres tipos de polímeros de fusión en lecho de polvo:
A modo de referencia, los procesos PBF ajenos a la tecnología SAF pueden utilizar esos mismos materiales, además de otros que pueden incluir:
Si ha notado que la impresión por lecho de polvo ofrece menos materiales que otras tecnologías aditivas, su percepción es correcta. La razón principal tiene que ver con las dificultades que plantean ciertos polímeros a la hora de convertirlos en polvo. No todos los plásticos tienen las propiedades térmicas equilibradas necesarias para adaptarse a la pulverización. Dicho esto, los materiales a base de nailon utilizados con el PBF de polímeros pueden cubrir muchas aplicaciones. Además, continúa el desarrollo de materiales compuestos a base de nailon rellenos de carbono o vidrio, lo que ofrece más opciones.
Aunque Stratasys ofrece la tecnología SAF, otros procesos de fusión de lecho de polvo también desempeñan un papel importante en el panorama de la fabricación aditiva.
Cada tecnología tiene sus puntos fuertes, pero la plataforma SAF de Stratasys destaca por su eficiencia, repetibilidad y economía favorable.
En la PPBF, las partículas se precalientan a una temperatura justo por debajo de su punto de fusión y, a continuación, se aplica calor adicional de forma selectiva para fundir las partículas en las zonas que formarán las piezas fabricadas; estas partículas se fusionan y posteriormente se solidifican para formar las piezas fabricadas.
La decoloración suele ser el resultado de la degradación térmica del polvo, especialmente cuando el polvo reutilizado se expone a un calor prolongado durante el proceso de impresión. Esto puede afectar tanto a la estética como a las propiedades mecánicas.
Sí, materiales como el Rilsan® PA11 son de origen biológico y biocompatibles, lo que los hace adecuados para aplicaciones médicas como ortopedia y prótesis.
Las variantes de PA12 de grado médico también están certificadas para el contacto con la piel y el uso interno limitado.
El A11 es más dúctil, ofrece una mejor resistencia al impacto y tiene una mayor elongación a la rotura. El PA12, por su parte, es más rígido, tiene una excelente estabilidad dimensional y ofrece tolerancias más estrictas.
Depende de la tecnología específica utilizada. Cada ciclo expone el polvo al calor y al oxígeno, lo que degrada su estructura química y su capacidad de impresión. La mayoría de los sistemas recomiendan una tasa de renovación (añadir entre un 20 % y un 50 % de polvo virgen) para mantener la calidad en los lotes reutilizados. Sin embargo, gracias al suave control térmico de la tecnología SAF, se puede utilizar todo el polvo sin generar ningún flujo de residuos (más allá del polvo que se pierde en el proceso de limpieza).
Entre los indicadores más comunes se encuentran la mala distribución de la capa, la resistencia inconsistente de las piezas, el aumento de la fragilidad y los defectos visibles en la superficie. El uso repetido también provoca un aumento del tamaño de las partículas y la oxidación, lo que reduce el rendimiento de la fusión.
No. El polvo sin fusionar circundante soporta los salientes y las características complejas, lo que permite crear geometrías intrincadas sin necesidad de estructuras de soporte físicas. Esto simplifica el diseño y el posprocesamiento.
Sí, el polipropileno, que tiene una baja absorción de humedad y una buena resistencia química, se puede utilizar para producir piezas estancas al agua y al aire.
Como pionera en la fabricación aditiva, Stratasys ha redefinido el panorama de la fusión de lecho de polvo. La tecnología SAF y la impresora 3D H350 se diseñaron para llevar el proceso PBF de polímeros a un nuevo nivel de rendimiento que ofrece a los fabricantes ventajas tangibles con respecto al statu quo. La rentabilidad, un flujo de trabajo optimizado y las características de sostenibilidad se unen para hacer de la tecnología SAF y la impresora H350 la opción óptima para la impresión 3D por fusión en lecho de polvo.
Para obtener más información, visite la página web de la tecnología SAF.
Si desea profundizar en cómo elegir una tecnología de impresión 3D, consulte nuestra Guía del comprador. Ofrece una visión completa de cada tecnología de Stratasys, dónde encajan mejor y las consideraciones que debe tener en cuenta.
