Nuevas formas de terminar piezas DMLS, MJF

Pareció suceder en un abrir y cerrar de ojos. La industria de la impresión 3D ha alcanzado la madurez. En este momento, el uso de la impresión 3D para la creación rápida de prototipos es omnipresente, incluso entre las empresas más pequeñas y los aficionados, y el mercado de la impresión 3D de escritorio continúa en auge.

Durante la última década, grandes corporaciones como General Electric Co. y Hewlett-Packard Co. ingresaron a la industria con la intención de producir de manera confiable piezas de uso final sujetas a altos requisitos de ingeniería. La cantidad de impresoras 3D de calidad industrial a la venta y en servicio ha crecido enormemente en los últimos años.

Sin embargo, a pesar de todos sus gastos, estas maravillas de la ingeniería generalmente no pueden producir piezas que estén en un estado completamente terminado directamente de la cámara. Como mínimo, las piezas deben limpiarse del exceso de material o pueden requerir operaciones más avanzadas, como la eliminación de soportes, la coloración, los tratamientos térmicos o los tratamientos superficiales avanzados.

Si bien la cantidad de piezas impresas por año crece, también lo hace la demanda de más procesos automatizados posteriores que reduzcan la mano de obra y mejoren la calidad y la consistencia de las piezas. En los últimos años, han surgido nuevas empresas que ofrecen soluciones a estos problemas de postimpresión; este nivel adicional de complejidad llevará a la industria de fabricación aditiva (AM) a nuevos niveles de capacidades.

En la búsqueda de permitir la impresión 3D de cantidad de producción, el enfoque histórico ha sido mejorar el rendimiento de la impresora y las propiedades del material. Las tecnologías de impresión de fusión de chorro múltiple (MJF) y sinterización directa de metal por láser (DMLS) han logrado un éxito considerable en este frente. Una sola impresora MJF de la serie HP 5200 puede imprimir más de 1000 copias de una pieza pequeña (piense en el tamaño de su dedo) en una sola creación durante la noche. Para DMLS, los sistemas con múltiples láseres ahora son la norma y se han realizado avances significativos para mejorar la velocidad de impresión.

El tamaño también se está convirtiendo en una barrera menor con los sistemas DMLS, como GE X Line, que no solo imprime grandes, sino que también puede producir mayores cantidades de piezas medianas de manera más económica. Las propiedades del material para ambos procesos son excelentes, y MJF produce piezas de plástico a partir de nailon duradero, poliuretano termoplástico TPU y otros termoplásticos de ingeniería comunes. DMLS fabrica piezas metálicas densas de acero inoxidable, titanio y aluminio.

Sin embargo, para ambas tecnologías, las partes impresas necesitan un procesamiento extenso una vez que se realiza la impresión. Las piezas de MJF deben separarse del polvo de plástico sin sinterizar y limpiarse con chorro de partículas sueltas. Teñir las piezas MJF de negro en el procesamiento posterior es una práctica extremadamente común en toda la industria. Las piezas DMLS deben liberarse de la tensión, cortarse de los soportes y recibir un acabado superficial extenso para mejorar la calidad de la superficie.

Debido a que estos procesos construyen una pieza capa por capa a través de la sinterización de polvo, el acabado de la superficie de las piezas impresas es algo basto. Tal como están impresas, las piezas MJF tienen un acabado texturizado como blue jeans o paneles de yeso sin pintar. Las piezas DMLS tienen un acabado basto similar al metal fundido, muy parecido a los utensilios de cocina de hierro fundido. Ambos se pueden mejorar con operaciones manuales como lijado, pulido y mecanizado, pero esto puede aumentar sustancialmente el costo y el tiempo de entrega, particularmente si el acabado se realiza parte por parte en serie en lugar de un proceso masivo.

Hay mucha demanda en el mercado de piezas lisas MJF y DMLS. El acabado impreso para MJF tiene una estética razonablemente buena y no tiene capas muy distintas, pero la textura es difícil de limpiar y se ensucia con bastante facilidad. Para DMLS, el acabado rugoso dificulta su uso en innumerables aplicaciones biológicas, ya que puede dañar las paredes celulares o ralentizar el flujo de líquidos y gases a través de los canales.

Dos tecnologías emocionantes que están ganando popularidad son el alisado con vapor y el electropulido en seco. DyeMansion North America Inc. y AMT Inc. ofrecen equipos especializados que pueden aprovechar el alisado por vapor, un medio químico para mejorar drásticamente el acabado de la superficie de las piezas MJF y de sinterización selectiva por láser (SLS).

Mientras tanto, una máquina DLyte realiza un proceso de electropulido en seco que suaviza significativamente las superficies de las piezas impresas con DMLS. La cualidad común de todos estos procesos es que complementan la capacidad de los aditivos para realizar lotes de producción de mezcla alta/volumen bajo. Los procesos son lo suficientemente sólidos como para ejecutarse en muchas geometrías diferentes sin cambios significativos en la configuración y, al procesar las piezas por lotes, pueden mantenerse al día con el aumento del rendimiento de las impresoras 3D de producción.

El suavizado con vapor es un desarrollo emocionante para la impresión 3D de plástico, en particular para SLS, MJF y otros procesos de sinterización de polvo. El proceso pone las partes en una nube de vapor y un solvente se condensa en la superficie de la parte, esencialmente derritiéndola. El solvente hace que la superficie se vuelva más brillante y suave. Se pueden procesar varias piezas a la vez y, dado que el proceso es impulsado por una nube de gas, es capaz de terminar casi todas las superficies de una geometría compleja. Además de la estética, el acabado parece mejorar la elongación del material y hace que la superficie sea más resistente a los líquidos. El acabado más brillante es mucho más fácil de limpiar: se puede hacer con un paño o una toallita.

Si bien el acabado ha mejorado mucho, conserva gran parte de la textura inherente de la superficie, lo que hace que las piezas parezcan cuero brillante. Sin embargo, todavía no es económicamente viable obtener piezas de plástico sinterizadas con polvo hasta el acabado suave y brillante que es posible con una herramienta de moldeo por inyección pulida. Además, el proceso se basa en una reacción química, por lo que la química del plástico base debe ser compatible. Los plásticos químicamente resistentes, como el polipropileno, no son adecuados para este proceso, mientras que los materiales exitosos incluyen el nailon y el TPU.

El electropulido en seco parece ser una forma de mejorar económicamente el acabado de la superficie de las piezas metálicas impresas mediante el uso de microesferas esféricas de electrolito para eliminar iónicamente la rugosidad de la pieza. El proceso de fabricación de sinterización en polvo crea un acabado texturizado que persiste incluso después de los procesos de granallado e hilado. Si aumenta la abrasión para alisar completamente la superficie, presenta el riesgo de comprometer la geometría, especialmente en los bordes y esquinas afilados. Tradicionalmente, las piezas impresas en metal deben mecanizarse o pulirse a mano para lograr acabados de primera calidad, pero el electropulido en seco puede proporcionar resultados convincentes.

DLyte ofrece equipos que utilizan un medio seco y fino y combinan esencialmente los principios del electropulido con el pulido mecánico para obtener lo mejor de ambos mundos. Las partículas finas pueden llegar a grietas estrechas y mejorar el acabado de todas las superficies excepto las más inaccesibles. Estas innovaciones solo son posibles debido a la creciente escala de la industria de aditivos. A medida que la tecnología se adopte cada vez más, habrá nuevas oportunidades para los procesos automatizados posteriores a la impresión, pero tenga la seguridad de que el futuro comienza ahora.

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