Nueva tecnología de impresión 3d. II. Los que sinterizan o pegan algo. Uso doméstico y aficionado

La historia de la impresión 3D se remonta a la década de los 80, pero durante mucho tiempo se vio como algo de alcance limitado y precios increíbles. Recientemente, comenzó a ganar popularidad: se están desarrollando nuevas tecnologías de impresión 3D, que son de interés no solo en áreas estrechas, sino también entre empresas de una amplia variedad de actividades. Usan e invierten activamente en la impresión 3D para lograr una alta rentabilidad y reducir el costo de producción incluso de los productos más complejos.

Principio de funcionamiento

Para dar una breve explicación de la esencia de la impresión 3D, se trata de un método de fabricación de productos tridimensionales a partir de sus modelos digitales mediante la sinterización o pegado de un material homogéneo. Independientemente de la tecnología que se utilice para ello, el proceso consiste en una acumulación gradual capa por capa de un objeto en particular. Desde este punto de vista, la impresión 3D es fundamentalmente diferente del procesamiento de materiales tradicional, que a menudo implica un enfoque de "tomar un espacio en blanco y eliminar todo lo innecesario", que va acompañado de gran cantidad desperdicio. El proceso de impresión 3D comienza desde cero y el producto deseado "crece" gradualmente agregando nuevas capas, y casi no hay desperdicio (o, a veces, hay cantidades relativamente pequeñas). Es con la formación capa por capa que se asocia otro nombre para la impresión 3D: tecnologías aditivas (de la palabra inglesa aditivo - agregar)

Todos los productos se imprimen en una impresora 3D que funciona con ciertos consumibles bajo control de software. La tecnología de impresión simplificada consta de los siguientes pasos:

se crea un modelo 3D del objeto deseado de acuerdo con ciertas reglas;
un archivo con un modelo tridimensional se carga en un programa de corte, que lo divide en capas y calcula el trabajo de impresión en forma de un código especial;
especifique la configuración de impresión requerida;
el proceso de impresión se inicia directamente o el código se escribe en la tarjeta de memoria para la impresión diferida;
se reproduce el modelo 3d: la forma se aplica en capas consumible y se forma el producto terminado.

Según las tecnologías y los materiales utilizados, los productos resultantes se pueden utilizar en ingeniería mecánica, para crear moldes de inyección, así como para visualizar y modelar varios objetos.

Variedad de tecnologías

Hoy en día, la cantidad de tecnologías existentes que se utilizan en la impresión 3D ya superó el top ten, incluso sin tener en cuenta dichos métodos, que reciben diferentes nombres debido a restricciones legales. Entre ellos, se pueden distinguir 3 principales con algunas variaciones que difieren en los materiales utilizados, la precisión y los principios de funcionamiento, así como en los propios dispositivos de impresión. Cada dispositivo de impresión está diseñado para una tecnología específica.

Este método de impresión 3D le permite crear muestras tridimensionales a partir de un fotopolímero líquido que, bajo la acción de la radiación láser, se convierte en un estado sólido. Usando la tecnología SLA, se crea un objeto en una plataforma sumergida en un fotopolímero, donde se dirige un rayo láser. Asegura la cristalización del material, y así se forma la primera capa del futuro producto. La plataforma se desplaza cada vez por el grosor de la capa, el espacio vacío se llena con polímero líquido y el proceso de horneado se repite hasta que se construye el objeto deseado.

La principal ventaja de la estereolitografía es su alta precisión. Los diferentes modelos de impresoras le permiten lograr un grosor de capa de 6 a 10 micrones (a modo de comparación, el grosor de un cabello humano oscila entre 50 y 100 micrones). Debido a esto, el uso de SLA tiene mayor demanda en medicina (por ejemplo, odontología) y producción de joyería. Por otro lado, las impresoras 3D industriales te permiten crear objetos con tamaños de hasta varios metros.

Una de las variaciones y alternativas valiosas a SLA es la tecnología de impresión LED 3D DLP (Digital Light Processing) relativamente joven. Implica el procesamiento de los mismos fotopolímeros líquidos, pero su cristalización se produce bajo la acción de proyectores de luz LED, que primero forman el contorno de la capa y luego la llenan. También proporciona una buena precisión (hasta 15 µm) y una amplia variedad de pruebas fisicoquímicas y propiedades mecánicas resinas fotopoliméricas y sus colores. En comparación con las tecnologías SLA, tiene una ventaja adicional: una mayor velocidad de impresión.

Esta tecnología de impresión 3D es la más común en la actualidad, ya que no requiere de un equipo costoso, y trabajar con consumibles (filamento o varilla de plástico) no es particularmente difícil. La abreviatura FDM y el nombre Fused Deposition Modeling son propiedad de Stratasys. Para eludir las restricciones de patentes, el proyecto RepRap propuso su propio nombre FFF o Fused Filament Fabrication (Fabricación de filamentos de filamentos). En la práctica, la tecnología de impresión 3D FFF significa esencialmente lo mismo que FDM.

El principio de funcionamiento en este caso es el siguiente: el cabezal extrusor calienta los hilos de plástico hasta un estado semilíquido y los dosifica sobre la plataforma de trabajo. Las capas se aplican una por una, se fusionan y se endurecen, construyendo gradualmente un producto que se corresponde completamente con el prototipo digital.

La tecnología SLS (Selective Lazer Sintering) implica el uso de consumibles en polvo. Como estos últimos, se utilizan formas en polvo de bronce, acero, nailon, titanio, etc. Pero algunos polvos tienen propiedades explosivas y, por lo tanto, requieren almacenamiento exclusivamente en cámaras con nitrógeno. Esta variante de la tecnología 3D, que se utiliza para imprimir tanto en plástico como en metal, suele utilizarse en el ámbito industrial para crear elementos duraderos.

Debido a la sinterización con un rayo láser, la estructura del objeto deseado se construye en capas, cuya densidad dependerá de la energía máxima del emisor. Sus contornos se dibujan gradualmente de acuerdo con el modelo digital. En este caso, la sinterización suele producirse a altas temperaturas, por lo que el enfriamiento de las piezas acabadas lleva mucho tiempo (hasta un día entero).

Una de las características de la tecnología SLS es la mínima probabilidad de rotura de piezas durante la impresión 3D, ya que el material en polvo no utilizado servirá de soporte para sus elementos articulados.

Aplicación de la impresión 3D

El ámbito de aplicación de las tecnologías de impresión 3D casi no tiene límites. Así lo demuestra otro de los nombres de prototipado rápido. Entonces, la impresión 3D puede ser indispensable para:

producción a pequeña escala, cuando la producción de lotes pequeños, objetos exclusivos o personalizados (objetos de arte, figuras de juegos, muestras experimentales) requiere un tiempo mínimo desde el desarrollo hasta la creación de un producto terminado, ya que el trabajo de los diseñadores se simplifica mucho;
las industrias automotriz y aeroespacial, donde las tecnologías 3D abren posibilidades para la impresión en metal de repuestos y objetos de cualquier forma compleja, que a menudo son más resistentes y livianos que los productos tradicionales;
medicina, donde ya se están creando implantes en impresoras 3D (por ejemplo, para prótesis en odontología) y medicamentos y los científicos están trabajando en el desarrollo de tecnologías de bioimpresión 3D para crear órganos, tejidos vivos y huesos;
construcción, donde las tecnologías 3D se utilizan no solo para crear modelos arquitectónicos de casas de microdistritos completos con la infraestructura necesaria, sino también para imprimir materiales de construcción completos e incluso edificios completos;
industria de la moda y gente creativa quienes tienen la oportunidad de revelar su talento con la ayuda del modelado 3D y plasmar las ideas más atrevidas.

Sobre el este escenario La impresión 3D no está lo suficientemente desarrollada como para liderar la revolución industrial. Pero la fabricación de piezas 3D complejas con alta precisión es un mercado ideal para realizar y mejorar aún más estas tecnologías únicas del futuro. Es muy posible que en un futuro cercano todos puedan adquirir una impresora para crear muestras tridimensionales, y luego los nuevos horizontes en la creación de muestras tridimensionales estarán limitados solo por la imaginación humana.

Charles Hull: el padre de la impresión 3D moderna
Impresión 3d o "fabricación aditiva": el proceso de creación de objetos tridimensionales de una sola pieza de casi cualquier forma geométrica basados en un modelo digital. La impresión 3D se basa en el concepto de construir un objeto en capas sucesivas que muestran los contornos del modelo. De hecho, la impresión 3D es todo lo contrario de la producción mecánica tradicional y los métodos de procesamiento, como el fresado o el corte, donde la apariencia del producto se forma eliminando el exceso de material (la llamada "fabricación sustractiva").
Las impresoras 3D son máquinas controladas por computadora que construyen piezas de manera aditiva. Aunque la tecnología de impresión 3D apareció en la década de los 80 del siglo pasado, las impresoras 3D fueron ampliamente utilizadas comercialmente solo a principios de la década de 2010. La primera impresora 3D capaz fue creada por Charles Hull, uno de los fundadores de la corporación. A principios del siglo XXI, hubo un aumento significativo en las ventas, lo que provocó una fuerte caída en el costo de los dispositivos. Según la consultora Wohlers Associates, el mercado mundial de impresoras 3D y servicios relacionados alcanzó los 2200 millones de dólares en 2012, un 29 % más que en 2011.
Las tecnologías de impresión 3D se utilizan para la creación de prototipos y la fabricación distribuida en arquitectura, construcción, diseño industrial, industria automotriz, aeroespacial, industrial militar, ingeniería y medicina, bioingeniería (para crear telas artificiales), moda y calzado, joyería, educación, geografía sistemas de información, Industria de alimentos y muchas otras áreas. Según la investigación, las impresoras 3D domésticas de código abierto le permitirán recuperar los costos de capital de su propia compra a través de la economía de la producción doméstica de artículos.

Terminología

La fabricación aditiva consiste en construir objetos añadiendo material requerido, en lugar de eliminar el exceso, como es el caso de los métodos sustractivos
El término "fabricación aditiva" se refiere a las tecnologías para crear objetos mediante la aplicación de capas sucesivas de material. Los modelos hechos con el método aditivo se pueden usar en cualquier etapa de producción, tanto para la producción de prototipos (la llamada creación rápida de prototipos) como como productos terminados en sí mismos (la llamada producción rápida).
En la fabricación, especialmente en el mecanizado, el término "sustractivo" implica métodos más tradicionales y es un retroónimo acuñado en últimos años distinguir formas tradicionales y nuevos métodos aditivos. Aunque la fabricación tradicional ha utilizado métodos esencialmente "aditivos" durante siglos (como remachar, soldar y atornillar), carecen de un componente de tecnología de la información 3D. El mecanizado, por otro lado, (la producción de piezas de una forma exacta), por regla general, se basa en métodos sustractivos: limado, fresado, taladrado y rectificado.
El término "estereolitografía" fue definido por Charles Hull en una patente de 1984 como "un sistema para generar objetos tridimensionales por capas".

Principios básicos

modelos impresos en 3D

Los modelos 3D se crean mediante diseño gráfico manual por computadora o mediante . El modelado manual, o la preparación de datos geométricos para la creación de gráficos por computadora en 3D, es algo así como una escultura. El escaneo 3D es la recopilación y el análisis automáticos de datos de un objeto real, a saber, forma, color y otras características, con la posterior conversión en un modelo tridimensional digital.
Tanto la creación manual como automática de modelos impresos en 3D puede ser un desafío para el usuario promedio. En este sentido, los mercados impresos en 3D se han generalizado en los últimos años. Algunos de los ejemplos más populares incluyen Shapeways, Thingiverse y Threeding.
Impresión 3d

Los siguientes modelos digitales se utilizan como dibujos para objetos impresos en 3D
Durante la impresión, la impresora lee un archivo impreso en 3D (generalmente en formato STL) que contiene datos del modelo 3D y aplica capas sucesivas de líquido, polvo, papel o material laminar, construyendo el modelo 3D a partir de una serie de secciones transversales. Estas capas, que corresponden a secciones transversales virtuales en el modelo CAD, se conectan o fusionan para crear un objeto de una forma determinada. La principal ventaja de este método es la capacidad de crear formas geométricas de una complejidad casi ilimitada.
La "resolución" de la impresora se refiere al grosor de las capas aplicadas (eje Z) y la precisión de posicionamiento del cabezal de impresión en el plano horizontal (a lo largo de los ejes X e Y). La resolución se mide en DPI (puntos por pulgada) o micrómetros (el término obsoleto es "micras"). El grosor típico de la capa es de 100 µm (250 DPI), aunque algunos dispositivos parecen ser capaces de imprimir capas de hasta 16 µm (1600 DPI). La resolución a lo largo de los ejes X e Y es similar a la 2D convencional impresoras láser. Un tamaño de partícula típico es de aproximadamente 50-100 µm (510 a 250 DPI) de diámetro.

Uno de los métodos para obtener un modelo digital es el escaneo tridimensional. La ilustración muestra el escáner 3D MakerBot Digitizer.
Construyendo un modelo usando tecnologías modernas toma de varias horas a varios días según el método utilizado y el tamaño y la complejidad del modelo. Los sistemas de aditivos industriales normalmente pueden reducir el tiempo a unas pocas horas, pero todo depende del tipo de planta, así como del tamaño y la cantidad de modelos producidos al mismo tiempo.
Los métodos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección, pueden ser más económicos para la producción a gran escala de productos poliméricos, pero la fabricación aditiva tiene ventajas para la producción a pequeña escala, lo que permite mayores tasas de producción y flexibilidad de diseño, junto con una mayor rentabilidad por unidad producida. Además, las impresoras 3D de escritorio permiten a los diseñadores y desarrolladores crear prototipos y modelos conceptuales sin salir de la oficina.
Tratamiento

Esquema de funcionamiento de las impresoras 3D FDM
Si bien la resolución de las impresoras es suficiente para la mayoría de los proyectos, la impresión de objetos ligeramente grandes y luego mecanizarlos sustractivamente con herramientas de alta precisión le permite crear modelos con mayor precisión.
Ejemplos de dispositivos con un método combinado de fabricación y procesamiento similar son. Algunos métodos de fabricación aditiva permiten el uso de múltiples materiales, así como diferentes colores, dentro de una sola producción. Muchas de las impresoras 3D utilizan "soportes" o "soportes" durante la impresión. Se necesitan soportes para construir fragmentos del modelo que no estén en contacto con las capas subyacentes o la plataforma de trabajo. Los soportes en sí no son parte del modelo dado, y al finalizar la impresión, se rompen (en el caso de usar el mismo material que para imprimir el modelo en sí) o se disuelven (generalmente en agua o acetona, dependiendo de la material utilizado para crear los soportes).

Tecnologías de impresión

Desde finales de la década de 1970, han surgido varios métodos de impresión 3D. Las primeras imprentas eran grandes, caras y muy limitadas.

Modelo de cráneo completo con soportes aún no eliminados

Actualmente se encuentra disponible una amplia gama de fabricación aditiva. Las principales diferencias están en el método de estratificación y los consumibles utilizados. Algunos métodos se basan en la fusión o el ablandamiento de materiales para crear capas: estos incluyen la sinterización selectiva por láser (SLS), la fusión selectiva por láser (SLM), la sinterización directa por láser de metal (DMLS), la impresión por deposición por fusión (FDM o FFF). Otra tendencia ha sido la producción de modelos sólidos por polimerización de materiales líquidos, conocida como estereolitografía (SLA).
En el caso de la laminación de materiales laminares (LOM), se cortan capas delgadas de material al contorno requerido y luego se unen en un solo conjunto. Se pueden utilizar papel, polímeros y metales como materiales LOM. Cada uno de estos métodos tiene sus propias ventajas y desventajas, por lo que algunas empresas ofrecen una variedad de consumibles para construir un modelo: polímero o polvo. Las impresoras LOM suelen utilizar papel de oficina normal para crear prototipos duraderos. Puntos clave a la hora de elegir el dispositivo adecuado están la velocidad de impresión, el precio de una impresora 3D, el coste de los prototipos impresos, así como el coste y la gama de consumibles compatibles.

Las impresoras que producen modelos metálicos completos son bastante caras, pero es posible utilizar dispositivos menos costosos para la producción de moldes con la posterior fundición de piezas metálicas.
Los principales métodos de fabricación aditiva se presentan en la tabla:


Método	Tecnología	Materiales usados
extrusión	Modelado de deposición fundida (FDM o FFF)	Termoplásticos (como polilactida (PLA), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), etc.)
Cable	Producción de forma libre por Electron Beam Fusion (EBFȝ)
Polvo	Sinterización directa de metal por láser (DMLS)	Prácticamente cualquier aleación de metal
		aleaciones de titanio
		Aleaciones de titanio, aleaciones de cobalto-cromo, acero inoxidable, aluminio
	Sinterización térmica selectiva (SHS)	Termoplásticos en polvo
	Sinterización selectiva por láser (SLS)	Termoplásticos, polvos metálicos, polvos cerámicos
Chorro	Impresión 3D de inyección de tinta (3DP)	Yeso, plásticos, polvos metálicos, mezclas de arena
laminación	Fabricación de objetos por método de laminación (LOM)	Papel, hoja de metal, película de plástico
Polimerización	Estereolitografía (SLA)	Fotopolímeros
Polimerización	Proyección LED digital (DLP)	Fotopolímeros

impresión por extrusión

El modelado de deposición fundida (FDM/FFF) fue desarrollado por S. Scott Trump a fines de la década de 1980 y comercializado en la década de 1990 por una empresa de la que Trump es uno de los fundadores. Debido al vencimiento de la patente, existe una gran comunidad de desarrolladores de impresoras 3D de código abierto, así como organizaciones comerciales utilizando esta tecnología. Como consecuencia, el costo de los dispositivos se ha reducido en dos órdenes de magnitud desde la invención de la tecnología.

Las impresoras 3D van desde simples impresoras de bricolaje hasta impresoras de plástico...
El proceso de impresión por fusión implica la creación de capas por extrusión de un material de curado rápido en forma de microgotas o chorros finos. Por lo general, el material consumible (como el termoplástico) viene en forma de carretes desde los cuales el material se alimenta a un cabezal de impresión llamado "extrusor". La extrusora calienta el material a su temperatura de fusión, seguido de la extrusión de la masa fundida a través de una boquilla. La extrusora en sí está impulsada por motores paso a paso o servomotores para colocar el cabezal de impresión en tres planos. El movimiento de la extrusora está controlado por un software de fabricación (CAM) vinculado a un microcontrolador.
Se utilizan todo tipo de polímeros, incluidos acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), policarbonato (), polilactida (PLA), polietileno alta presión(HDPE), mezclas de policarbonato/ABS, polifenilensulfona (PPSU), etc. Normalmente, el polímero se suministra en forma de relleno de plástico puro. Hay varios proyectos en la comunidad de entusiastas de la impresión 3D que se dirigen a los materiales de impresión 3D. Los proyectos se basan en la producción de consumibles mediante trituradoras y fusores.

La tecnología FDM/FFF tiene ciertas limitaciones en la complejidad de las formas geométricas generadas. Por ejemplo, la creación de estructuras suspendidas (como estalactitas) es imposible por sí sola, debido a la falta de soporte necesario. Esta limitación se compensa con la creación de estructuras de soporte temporales que se eliminan una vez finalizada la impresión.
impresión en polvo

Uno de los métodos de fabricación aditiva es . Las capas del modelo se dibujan (sinterizan) en una fina capa de material en polvo, después de lo cual se baja la plataforma de trabajo y se aplica una nueva capa de polvo. El proceso se repite hasta obtener un modelo completo. El material no utilizado permanece en la cámara de trabajo y sirve para soportar las capas en voladizo sin necesidad de crear soportes especiales.

Los métodos más comunes se basan en la sinterización por láser: sinterización selectiva por láser (SLS) para trabajar con metales y polímeros (por ejemplo, poliamida (PA), poliamida reforzada con fibra de vidrio (PA-GF), fibra de vidrio (GF), polieteretercetona (PEEK) ) , poliestireno (PS), alumide, poliamida reforzada con fibra de carbono (Carbonmide), elastómeros) y sinterización directa de metal por láser (DMLS).

... a costosas plantas industriales que trabajan con metales
La sinterización selectiva por láser (SLS) fue desarrollada y patentada por Carl Deckard y Joseph Beeman de la Universidad de Texas en Austin a mediados de la década de 1080 bajo los auspicios de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). R. F. Householder patentó un método similar en 1979, pero no se ha comercializado.

La fusión selectiva por láser (SLM) es diferente porque no sinteriza, sino que derrite el polvo en los puntos de contacto con un potente rayo láser, lo que le permite crear materiales de alta densidad que son similares en términos de características mecánicas a los productos fabricados. por métodos tradicionales.

La fusión por haz de electrones (EBM) es un método similar para la fabricación aditiva de piezas metálicas (como las aleaciones de titanio), pero que utiliza haces de electrones en lugar de láseres. EBM se basa en la fusión de polvos metálicos capa por capa en una cámara de vacío. A diferencia de la sinterización a temperaturas por debajo de los umbrales de fusión, los modelos fabricados mediante fusión por haz de electrones se caracterizan por una solidez con una alta resistencia correspondiente.

Finalmente, está el método de impresión 3D de inyección de tinta. En este caso, se aplica un aglutinante a capas delgadas de polvo (yeso o plástico) de acuerdo con los contornos de las sucesivas capas del modelo digital. El proceso se repite hasta obtener el modelo terminado. La tecnología proporciona una amplia gama de aplicaciones, incluida la creación de modelos en color, estructuras suspendidas, el uso de elastómeros. El diseño de los modelos se puede reforzar mediante la posterior impregnación con cera o polímeros.

laminación

Las impresoras 3D FDM son las más populares entre los aficionados y entusiastas
Algunas imprentas utilizan papel como material para construir modelos, lo que reduce el costo de impresión. Dichos dispositivos experimentaron el pico de popularidad en la década de 1990. La tecnología consiste en recortar las capas del modelo del papel utilizando un láser de dióxido de carbono con laminación simultánea de los contornos para formar el producto terminado.

En 2005, la empresa desarrolló una variante de la tecnología que utiliza papel de oficina normal, una cuchilla de carburo de tungsteno en lugar de un láser y la aplicación selectiva de pegamento.

También hay opciones para dispositivos que laminan láminas delgadas de metal y plástico.

Fotopolimerización

La impresión 3D le permite crear piezas monolíticas funcionales de formas geométricas complejas, como esta boquilla para un motor a reacción
La tecnología de estereolitografía fue patentada por Charles Hull en 1986. La fotopolimerización se utiliza principalmente en estereolitografía (SLA) para crear objetos sólidos a partir de materiales líquidos. Este método difiere significativamente de intentos anteriores, desde los retratos escultóricos de François Willem (1830-1905) hasta la fotopolimerización por el método Matsubara (1974).

El método de proyección digital (DLP) utiliza resinas de fotopolímero líquido que se curan mediante la exposición a la luz ultravioleta emitida por proyectores digitales en una cámara de trabajo revestida. Una vez que el material se ha endurecido, la plataforma de trabajo se sumerge a una profundidad igual al espesor de una capa y el polímero líquido se irradia nuevamente. El procedimiento se repite hasta la finalización de la construcción del modelo. Un ejemplo de un sistema de creación rápida de prototipos que utiliza proyectores LED digitales es .

Las impresoras de inyección de tinta (p. ej., Objet PolyJet) rocían capas finas (16-30 µm) de fotopolímero sobre la plataforma de construcción hasta obtener un modelo completo. Cada capa se irradia con un haz ultravioleta hasta que se endurece. El resultado es un modelo listo para su uso inmediato. El material de soporte tipo gel que se usa para sostener los componentes de los modelos geométricamente complejos se retira después de que el modelo haya sido elaborado y lavado a mano. La tecnología permite el uso de elastómeros.

Se puede lograr un detallado ultrapreciso de los modelos mediante la polimerización multifotónica. Este método se reduce a dibujar los contornos de un objeto tridimensional con un rayo láser enfocado. Debido a la fotoexcitación no lineal, el material se solidifica solo en los puntos de enfoque del rayo láser. Este método facilita la consecución de resoluciones superiores a 100 µm, así como la construcción estructuras complejas con partes móviles e interactivas.

Otro método popular es la polimerización mediante proyectores LED o "estereolitografía de proyección".

Estereolitografía de proyección

Este método implica la división de un modelo tridimensional digital en capas horizontales con la transformación de cada capa en una proyección bidimensional, similar a las fotomáscaras. Las imágenes 2D se proyectan sobre sucesivas capas de resina de fotopolímero que se endurecen según los contornos proyectados.

En algunos sistemas, los proyectores se colocan en la parte inferior, lo que ayuda a nivelar la superficie del material de fotopolímero cuando el modelo se mueve verticalmente (en este caso, la plataforma de construcción con las capas aplicadas se mueve hacia arriba en lugar de hundirse en el material) y reduce el ciclo de producción a minutos en lugar de horas.

La tecnología le permite crear modelos con capas de varios materiales con diferentes tasas de solidificación.

Algunos modelos comerciales, como Objet Connex, aplican resina con boquillas pequeñas.

impresoras 3D

Plantas industriales

La adopción industrial de la fabricación aditiva está avanzando a un ritmo rápido. Por ejemplo, la empresa conjunta estadounidense-israelí Stratasys suministra máquinas para la fabricación aditiva que van desde $2,000 a $500,000, mientras que General Electric usa máquinas de alta gama para la fabricación
electrodomésticos

La tecnología LOM eleva el papel maché a una alta calidad nuevo nivel Un número creciente de empresas y entusiastas persiguen el desarrollo de impresoras 3D para uso doméstico. La mayor parte del trabajo lo realizan aficionados para sus propias necesidades y las del público, con la ayuda de la comunidad académica y los piratas informáticos.

El proyecto más antiguo y de mayor duración en la categoría de impresoras 3D de escritorio es RepRap. El proyecto RepRap tiene como objetivo crear impresoras 3D gratuitas y de código abierto (FOSH) proporcionadas bajo la Licencia Pública General GNU. Los dispositivos RepRap son capaces de imprimir componentes de plástico de diseño personalizado que se pueden usar para construir clones del dispositivo original. Los dispositivos RepRap individuales se han aplicado con éxito a la producción de placas de circuito impreso y piezas metálicas.

Debido al acceso abierto a los dibujos de las impresoras RepRap, muchos de los proyectos se hacen cargo soluciones tecnicas análogos, creando así una apariencia de un ecosistema que consiste principalmente en dispositivos libremente modificables. La amplia disponibilidad de diseños de código abierto solo fomenta las variaciones. Por otro lado, existe una variación significativa en el nivel de calidad y complejidad tanto de los diseños en sí como de los dispositivos fabricados a partir de ellos. El rápido desarrollo de las impresoras 3D de código abierto está dando lugar a un aumento de la popularidad y al surgimiento de portales públicos y comerciales (como Thingiverse o Cubify) que ofrecen una variedad de diseños 3D imprimibles. Además, los avances tecnológicos están ayudando desarrollo sostenible economías locales mediante el uso de materiales disponibles localmente para la producción de impresoras.

Las impresoras 3D estereolitográficas se utilizan a menudo en prótesis dentales

El costo de las impresoras 3D ha estado disminuyendo a un ritmo significativo desde alrededor de 2010, con dispositivos que costaban $20,000 en ese momento ahora cuestan $1,000 o menos. Muchas empresas y desarrolladores individuales ya están ofreciendo kits económicos de RepRap por menos de $500. Un proyecto abierto llevó al desarrollo de impresoras propósito general, capaz de imprimir cualquier cosa que se pueda exprimir a través de la boquilla, desde chocolate hasta masilla de silicona y productos químicos.
Las impresoras basadas en este diseño han estado disponibles como kits desde 2012 por alrededor de $ 2000. Algunas impresoras 3D, incluidas y , están diseñadas desde el principio para una máxima asequibilidad, por ejemplo, el dispositivo está diseñado para un costo de alrededor de $ 100.
Las impresoras profesionales, desarrolladas con fondos públicos en Kickstarter, a menudo funcionan bien: los dispositivos son silenciosos y no emiten humo a un precio de $ 1499. El "bolígrafo de impresión 3D" recaudó $ 2,3 millones. en donaciones de Kickstarter, con un precio de venta de $99 por el dispositivo en sí. Es cierto que es difícil llamar a 3D Doodler una impresora 3D completa.

3D Systems Cube es una popular impresora 3D doméstica

A medida que caen los precios, las impresoras 3D se vuelven más atractivas para la producción doméstica. Además, el uso doméstico de tecnologías de impresión 3D puede reducir la huella ambiental de la industria al reducir el volumen de consumibles y los costos de energía y combustible del transporte de materiales y bienes.

Paralelamente a la creación de dispositivos domésticos impresos en 3D, el desarrollo de dispositivos para procesar los desechos domésticos en materiales impresos, los llamados. . Por ejemplo, el modelo comercial Filastrucer fue diseñado para reciclar desechos plásticos (botellas de champú, envases de leche) en consumibles económicos para las impresoras RepRap. Dichos métodos de eliminación doméstica no solo son prácticos, sino que también tienen un impacto positivo en la situación ecológica.

El desarrollo y la personalización de las impresoras 3D RepRap ha dado lugar a la aparición de nueva categoría imprentas semiprofesionales para pequeñas empresas. Los fabricantes como y ofrecen kits por menos de $ 1000. La precisión de impresión de tales dispositivos se encuentra entre las impresoras industriales y las de consumo. Recientemente, las impresoras de alto rendimiento que utilizan un sistema de coordenadas en forma de delta, o el llamado "", están ganando popularidad. Algunas empresas ofrecen software compatible con impresoras fabricadas por otras empresas.

Solicitud

El uso de proyectores LED ayuda a reducir el costo de las impresoras estereolitográficas. La ilustración muestra una impresora DLP Nova

La impresión 3D permite igualar el costo de producir una sola pieza y la producción en masa, lo que representa una amenaza para las economías a gran escala. El impacto de la impresión 3D puede ser similar a la introducción de la fabricación. En la década de 1450, nadie podía predecir las consecuencias de la introducción de la imprenta; en la década de 1750, nadie se tomaba en serio la llegada de la imprenta. máquina de vapor, y los transistores de la década de 1950 parecían una curiosa innovación. Pero la tecnología sigue evolucionando y es probable que tenga un impacto en todas las ramas científicas e industriales con las que entra en contacto.

La primera aplicación de la fabricación aditiva puede considerarse creación rápida de prototipos, cuyo objetivo es reducir el tiempo de desarrollo de nuevas piezas y dispositivos en comparación con los métodos sustractivos anteriores (demasiado lentos y costosos). La mejora de las tecnologías de fabricación aditiva conduce a su difusión en diversos campos de la ciencia y la industria. La producción de piezas que antes solo estaban disponibles a través del mecanizado ahora es posible a través de métodos aditivos y a un mejor precio.
Las aplicaciones incluyen protoboarding, creación de prototipos, moldeado, arquitectura, educación, mapeo, atención médica, venta minorista y etc.
Aplicación industrial:
Creación rápida de prototipos: Las impresoras 3D industriales se han utilizado para la creación rápida de prototipos y la investigación desde principios de la década de 1980. Por regla general, se trata de instalaciones bastante grandes que utilizan metales en polvo, mezclas de arena, plásticos y papel. Estos dispositivos suelen ser utilizados por universidades y empresas comerciales.

Los avances en la creación rápida de prototipos han llevado a la creación de materiales adecuados para la producción de productos finales, lo que a su vez ha contribuido al desarrollo de la fabricación en 3D de productos terminados como alternativa a los métodos tradicionales. Una de las ventajas de la producción rápida es el costo relativamente bajo de fabricar lotes pequeños.

Producción rápida: la producción rápida sigue siendo un método relativamente nuevo, cuyas posibilidades aún no se han explorado completamente. Sin embargo, muchos expertos tienden a considerar la producción rápida como un nuevo nivel de tecnología. Algunas de las áreas más prometedoras para la creación rápida de prototipos para adaptarse a la fabricación rápida son la sinterización selectiva por láser (SLS) y la sinterización directa de metales (DMLS).
La personalización en masa: algunas empresas ofrecen servicios para personalizar objetos utilizando software simplificado, seguido de la creación de modelos 3D únicos por encargo. Una de las direcciones más populares fue la fabricación de estuches. celulares. En particular, Nokia ha puesto a disposición del público los diseños de las fundas de sus teléfonos para la personalización del usuario y la impresión 3D.
Producción en masa: La baja velocidad de impresión actual de las impresoras 3D limita su uso en la producción en masa. Para combatir esta deficiencia, algunos dispositivos FDM están equipados con múltiples extrusores, lo que le permite imprimir diferentes colores, diferentes polímeros e incluso crear varios modelos al mismo tiempo. En general, este enfoque aumenta la productividad sin requerir el uso de varias impresoras: un solo microcontrolador es suficiente para operar varios cabezales de impresión.

Los dispositivos con múltiples extrusores le permiten crear varios objetos idénticos a partir de un solo modelo digital, pero al mismo tiempo permiten el uso de diferentes materiales y flores La velocidad de impresión aumenta en proporción al número de cabezales de impresión. Además, se logran ciertos ahorros de energía mediante el uso de una cámara de trabajo común, que a menudo requiere calefacción. Juntos, estos dos puntos reducen el costo del proceso.

Muchas impresoras están equipadas con cabezales de impresión duales, pero esta configuración solo se usa para imprimir modelos individuales en diferentes colores y materiales.

Uso doméstico y aficionado

Hasta la fecha, la impresión 3D de consumo ha atraído principalmente la atención de entusiastas y aficionados, mientras que uso práctico bastante limitado. Sin embargo, las impresoras 3D ya se han utilizado para imprimir trabajos reloj mecanico, engranajes para máquinas de carpintería, joyería, etc. Los sitios web relacionados con la impresión 3D doméstica suelen ofrecer diseños de ganchos, manijas de puerta, herramientas de masaje, etc.

La impresión 3D también se usa en medicina veterinaria y zoología amateur: en 2013, una prótesis impresa en 3D permitió que un patito se pusiera de pie y cangrejos ermitaños como elegantes conchas impresas en 3D. Las impresoras 3D se utilizan ampliamente para la producción doméstica de joyas: collares, anillos, bolsos, etc.

proyecto abierto [correo electrónico protegido] tiene como objetivo desarrollar impresoras domésticas de propósito general. Los dispositivos han sido probados en entornos de investigación utilizando las últimas tecnologías de impresión 3D para la producción de compuestos químicos. La impresora puede imprimir cualquier material adecuado para la extrusión desde una jeringa en forma de líquido o pasta. El desarrollo está dirigido a la posibilidad de producción casera de medicamentos y productos químicos domésticos en áreas remotas de residencia.

El proyecto estudiantil OpenReflex condujo al diseño de un análogo cámara réflex Apto para impresión 3D.

Tela

La impresión 3D está en auge, y los modistos usan impresoras para experimentar con trajes de baño, zapatos y vestidos. Las aplicaciones comerciales incluyen la creación rápida de prototipos y la impresión 3D de calzado deportivo profesional: Vapor Laser Talon para jugadores de fútbol y New Balance para atletas de pista y campo.

bioimpresión 3D

Implantes médicos de titanio fabricados con tecnología EBM

La impresión 3D está siendo investigada actualmente por empresas de biotecnología e instituciones académicas. La investigación tiene como objetivo explorar la posibilidad de utilizar la impresión 3D de inyección de tinta/goteo en la ingeniería de tejidos para crear órganos artificiales. La tecnología se basa en la aplicación de capas de células vivas sobre un sustrato de gel o matriz de azúcar, con una acumulación gradual capa por capa para crear estructuras tridimensionales, incluidos los sistemas vasculares. Primero sistema de producción para la impresión de tejidos en 3D, basada en la tecnología de bioimpresión NovoGen, se introdujo en 2009. Se utilizan varios términos para describir esta área de investigación: impresión de órganos, bioimpresión, ingeniería de tejidos por computadora, etc.

Uno de los pioneros de la impresión 3D, una empresa de investigación, está realizando investigaciones de laboratorio y desarrollando la producción de muestras funcionales de tejido humano en 3D para su uso en investigaciones médicas y terapéuticas. Para la bioimpresión, la empresa utiliza una impresora 3D NovoGen MMX. Organovo cree que la bioimpresión acelerará las pruebas de nuevos preparaciones medicas antes de los ensayos clínicos, lo que ahorrará tiempo y dinero invertido en el desarrollo de fármacos. A largo plazo, Organovo espera adaptar la tecnología de bioimpresión para aplicaciones quirúrgicas y de injertos.

Impresión 3D de implantes y dispositivos médicos

La impresión 3D se utiliza para crear implantes y dispositivos utilizados en medicina. Las operaciones exitosas incluyen ejemplos como la implantación, así como. Más aplicación amplia La impresión 3D se espera en audífonos y odontología. En marzo de 2014, los cirujanos de Swansea utilizaron la impresión 3D para reconstruir la cara de un motociclista que resultó gravemente herido en un accidente de tráfico.

servicios de impresión 3D

Algunas empresas ofrecen servicios de impresión 3D online al alcance de particulares y empresas industriales. El cliente debe cargar un diseño 3D en el sitio, después de lo cual el modelo se imprime utilizando instalaciones industriales. El producto terminado se entrega al cliente o está sujeto a recolección.

Investigación de nuevas aplicaciones

La impresión 3D le permite crear productos metálicos completamente funcionales, hasta armas.
Las aplicaciones futuras de la impresión 3D pueden incluir la creación de equipos científicos de código abierto para su uso en laboratorios abiertos y otras aplicaciones científicas: reconstrucción de fósiles en paleontología, creación de duplicados de artefactos arqueológicos de valor incalculable, reconstrucción de huesos y partes del cuerpo para exámenes forenses, la reconstrucción de pruebas muy dañadas recogidas en escenas del crimen. La tecnología también se está considerando para su aplicación en la construcción.

En 2005, las revistas académicas comenzaron a publicar materiales sobre la posibilidad de utilizar tecnologías de impresión 3D en el arte. En 2007, el Wall Street Journal y la revista Time incluyeron el diseño 3D en su lista de los 100 logros más significativos del año. El Victoria and Albert Museum en el London Design Festival de 2011 presentó una exposición de Murray Moss titulada "Industrial Revolution 2.0: how the material world materializes again", dedicada a las tecnologías de impresión 3D.

En 2012, un proyecto piloto de la Universidad de Glasgow demostró que la impresión 3D podría usarse para producir compuestos químicos, incluidos los hasta ahora desconocidos. El proyecto imprimió recipientes de almacenamiento de productos químicos en los que se inyectó "tinta química" mediante máquinas de aditivos y luego se hizo reaccionar. La viabilidad de la tecnología se demostró mediante la producción de nuevos compuestos, pero no se buscó una aplicación práctica específica durante el experimento. Cornell Creative Machines ha confirmado la viabilidad de crear con impresión 3D hidrocoloide. El profesor Leroy Cronin de la Universidad de Glasgow ha sugerido utilizar "tinta química" para imprimir medicamentos.

El uso de tecnologías de escaneo 3D permite crear réplicas de objetos reales sin el uso de métodos de fundición, que son costosos, difíciles de realizar y pueden tener un efecto destructivo en casos de objetos preciosos y frágiles del patrimonio cultural.

Un ejemplo adicional del desarrollo de tecnologías de impresión 3D es el uso de la fabricación aditiva en la construcción. Esto podría permitir acelerar el ritmo de construcción y reducir los costos. En particular, se está considerando la posibilidad de utilizar la tecnología para construir colonias espaciales. Por ejemplo, el proyecto Sinterhab tiene como objetivo explorar la posibilidad de fabricación aditiva de bases lunares utilizando regolito lunar como material de construcción principal. En lugar de utilizar materiales aglutinantes, se está considerando la posibilidad de sinterizar por microondas el regolito en bloques de construcción sólidos.

La fabricación aditiva le permite crear guías de ondas, fundas y curvas en dispositivos de terahercios. La alta complejidad geométrica de tales productos no podría lograrse con los métodos de producción tradicionales. Se utilizó una configuración profesional disponible comercialmente para crear estructuras con una resolución de 100 micras. Las estructuras impresas se galvanizaron con oro para crear un aparato plasmónico de terahercios.

China ha asignado casi 500 millones de dólares. para el desarrollo de 10 institutos nacionales para el desarrollo de tecnologías de impresión 3D. En 2013, los científicos chinos comenzaron a imprimir tejido vivo de cartílago, hígado y riñón utilizando bioimpresoras 3D especializadas. Los investigadores de la Universidad de Hangzhou Dianqi incluso han desarrollado su propia bioimpresora 3D para esta desafiante tarea, denominada Regenovo. Uno de los desarrolladores de Regenovo, Xu Mingeng, dijo que la impresora tarda menos de una hora en producir una pequeña muestra de tejido hepático o una muestra de cuatro a cinco pulgadas de cartílago de la oreja. Xu predice la aparición de los primeros órganos artificiales impresos completos dentro de los próximos 10 a 20 años. En el mismo año, investigadores de la Universidad belga de Hasselt tuvieron éxito con una mujer de 83 años. Una vez implantado el implante, el paciente puede masticar, hablar y respirar con normalidad.

En Bahrein, la impresión 3D con materiales similares a la piedra arenisca ha creado estructuras únicas para apoyar el crecimiento de coral y restaurar arrecifes dañados. Estas estructuras tienen una forma más natural que las estructuras utilizadas anteriormente y no tienen la acidez del hormigón.

Propiedad intelectual

Una sección de tejido hepático impresa por Organovo, una empresa que trabaja para mejorar las tecnologías de impresión 3D para la producción de órganos artificiales.
La impresión 3D existe desde hace décadas y muchos aspectos de la tecnología están sujetos a patentes, derechos de autor y protección. marcas registradas. Sin embargo, desde un punto de vista legal, no está del todo claro cómo se aplicarán en la práctica las leyes de protección de la propiedad intelectual si las impresoras 3D se generalizan.
distribución y se utilizará en la producción doméstica de bienes para uso personal, uso no comercial o para la venta.

Cualquiera de medidas de protección puede afectar negativamente la distribución de diseños utilizados en la impresión 3D o la venta de productos impresos. El uso de tecnologías protegidas puede requerir el permiso del propietario, que a su vez requerirá el pago de regalías.

Las patentes cubren ciertos procesos, dispositivos y materiales. La duración de las patentes varía de un país a otro.

A menudo, los derechos de autor se extienden a la expresión de ideas en forma de objetos materiales y duran la vida del autor, más 70 años. Por lo tanto, si alguien crea una estatua y obtiene los derechos de autor, será ilegal distribuir diseños para imprimir una estatua idéntica o similar.

Impacto de la impresión 3D

La fabricación aditiva requiere empresas de manufactura flexibilidad y mejora continua de las tecnologías disponibles para mantener la competitividad. Los defensores de la fabricación aditiva predicen que la oposición entre la impresión 3D y la globalización aumentará a medida que producción casera desplazará el comercio de bienes entre consumidores y los principales fabricantes. En realidad, la integración de tecnologías aditivas en la producción comercial sirve como complemento a los métodos sustractivos tradicionales, en lugar de reemplazo completo este último.

investigación del espacio

En 2010 se comenzó a trabajar en la aplicación de la impresión 3D en condiciones de ingravidez y baja gravedad. El objetivo principal es crear herramientas manuales y dispositivos más complejos "según sea necesario" en lugar de utilizar un volumen de carga y combustible valiosos para llevar los productos terminados a la órbita.

Incluso la NASA está interesada en la impresión 3D
Al mismo tiempo, la NASA está realizando pruebas conjuntas con Made in Space para evaluar el potencial de la impresión 3D para reducir costos y mejorar la eficiencia de la exploración espacial. Piezas de cohetes AM de la NASA en julio de 2013: dos inyectores de combustible funcionaron a la par con las piezas producidas convencionalmente durante las pruebas operativas que sometieron las piezas a temperaturas de alrededor de 3300 °C y niveles altos presión. Cabe destacar que la NASA se está preparando: la agencia va a demostrar la posibilidad de crear repuestos directamente en órbita, en lugar del costoso transporte desde tierra.

cambio social

El tema del cambio social y cultural como resultado de la introducción de tecnologías aditivas disponibles comercialmente ha sido discutido por escritores y sociólogos desde la década de 1950. Una de las suposiciones más interesantes fue la posible difuminación de los límites entre la vida cotidiana y los lugares de trabajo como resultado de la introducción masiva de impresoras 3D en el hogar. También destaca la facilidad de transferir diseños digitales, lo que, en combinación con la producción local, ayudará a reducir la necesidad de transporte. Finalmente, la protección de los derechos de autor puede cambiar para reflejar la facilidad de fabricación aditiva de muchos productos.

armas de fuego

En 2012, la empresa estadounidense Defense Distributed publicó planes para un "diseño de un arma de plástico funcional que cualquier persona con acceso a una impresora 3D podría descargar y jugar". Defense Distributed ha desarrollado una versión impresa en 3D del receptor para el rifle AR-15, capaz de soportar más de 650 disparos, y un cargador de 30 cartuchos para el rifle M-16. El AR-15 tiene dos receptores (inferior y superior), pero el registro legal está vinculado al receptor inferior, que está estampado con un número de serie. Poco después de que Defense Distributed creara los primeros dibujos de trabajo para la producción de armas de plástico en mayo de 2013, el Departamento de Estado de EE. UU. solicitó que se eliminaran las instrucciones del sitio web de la empresa.

La distribución de los planos por parte de Defense Distributed ha alimentado la discusión sobre el posible impacto de la impresión 3D y los dispositivos de procesamiento digital en la efectividad del control de armas. Sin embargo, la lucha contra la proliferación de modelos de armas digitales inevitablemente enfrentará los mismos problemas que los intentos de prevenir el comercio de contenido pirateado.

Los escritores de ciencia ficción escribieron sobre la posibilidad de crear máquinas que literalmente “crecieran” en casa en el siglo XIX. Qué puedo decir, hace veinte años esta tecnología parecía algo increíble. Pero hoy ya ha entrado en nuestra vida. Nadie se sorprenderá de ver sitio de construcción, en el que trabajan por parejas una persona y una máquina: un operador de la instalación y una grúa con una boquilla para el suministro de una mezcla de construcción. El tema de este artículo de HouseСhief.ru es el uso de una impresora 3D en la construcción. No hablaremos de fantasía, sino de experiencias reales en esta dirección y daremos ejemplos de objetos terminados, así como también hablaremos sobre la posibilidad de adquirir dicho dispositivo.

Leer en el artículo

¿Qué es una impresora 3D y para qué sirve?

Las tecnologías de construcción modernas son un producto muy buscado; los especialistas en este campo son recibidos con los brazos abiertos, atrayéndolos de la competencia. La carrera es casi cósmica: quien traiga primero una innovación al mercado recibirá un gran beneficio. No es sorprendente que los trabajadores chinos no solo hayan inventado, sino que también hayan comenzado a producir impresoras de construcción casi en grandes cantidades. Le mostraron al mundo cómo una sola unidad construyó una aldea entera en 30 días. Otros países no se quedan atrás, los fabricantes nacionales también están involucrados en este negocio y hasta ahora están de su lado. beneficio obvio- El dispositivo de impresión de construcción es bastante general.

Entonces, ¿qué es una impresora 3D y cómo funciona? la tarea principal El mecanismo consiste en el suministro secuencial capa por capa de la mezcla de construcción al sitio. Software controla el servoaccionamiento, obligándolo a dejar espacio para las aberturas de ventanas y puertas, estableciendo comunicaciones. El material de construcción es hormigón de arena ordinaria, así como mezclas a base de yeso, fibra de vidrio y geopolímeros.

El funcionamiento del dispositivo requiere Pre-entrenamiento sitio y diseño del edificio.

Y finalmente, la ventaja indudable es una reducción significativa en el tiempo de construcción. El trabajo en una impresora 3D se puede realizar durante todo el día, no requiere iluminación especial ni días libres.

Antes de quedar desconcertado por la compra de una máquina de construcción, preste atención a sus desventajas:

es imposible utilizar hormigón vibrado para la construcción, mezclas con alta velocidad fraguado y endurecimiento;
hasta que se haya desarrollado una metodología clara para el refuerzo de estructuras;
no hay forma de eliminar el aire mediante tratamiento de vibración, se pueden formar cavidades con aire, lo que reduce la resistencia de la estructura;
Puede trabajar con una impresora 3D solo a una temperatura positiva en clima seco.

Tecnologías modernas y fabricantes de impresoras para impresión 3D de casas.

La tecnología Contour Crafting fue inventada por el iraní B. Khoshnevis. Actualmente, este científico continúa su desarrollo bajo el patrocinio de la Marina de los EE. UU. y la NASA. La mayor parte de su trabajo todavía está clasificado, pero se conoce el principio básico: consiste en aplicar la mezcla con una extrusora. El científico está trabajando en la tarea de automatizar completamente el proceso, incluida la instalación de accesorios.

El italiano Enrico Dini fue en sus desarrollos de una manera diferente: propone utilizar no una extrusora, sino un conjunto de cientos de boquillas, que se adjunta a un manipulador móvil. El funcionamiento de la máquina recuerda impresora de chorro, rocía una mezcla de arena y óxidos metálicos con cloruro de magnesio. La tecnología se llamó D-Shape.

El diseñador nacional Andrey Rudenko llevó a su descendencia, la impresora de construcción StroyBot, a los EE. UU. Después de varios intentos fallidos de llamar la atención sobre su trabajo, finalmente encontró una excelente manera de publicitar su producto: construyó parte de un hotel para un empresario filipino. Como mezcla de trabajo, utilizó hormigón de geopolímero.

La empresa de Ekaterimburgo Spetsavia tiene experiencia real en producción y ventas en esta área. Hoy, este fabricante nacional ofrece 7 opciones para impresoras de construcción de varios tamaños y propósitos.

El competidor de Spetsavia es la empresa de Irkutsk Apis Cor. Abandonó la idea de utilizar una estructura de portal y se centró en manipuladores telescópicos que se mueven libremente sobre una plataforma giratoria. La unidad es muy móvil y se puede transportar en un camión ordinario. Ya se usa activamente para construir casas en una impresora 3D en Rusia.

El fabricante más famoso maquinas de construccion- Empresa china WinSun. Khoshnevis acusó a los chinos de robar su tecnología. Aun así, WinSun, a diferencia del científico iraní, ya ha llevado esta tecnología a las masas. Firmaron contratos para la construcción de viviendas en las zonas de Irak devastadas por la guerra.

Vídeo informativo: qué se puede hacer en una impresora 3D

Una máquina de construcción puede crear objetos sólidos como casas o producir paneles y otros materiales de construcción. Un buen ejemplo de cómo funciona una impresora 3D en este vídeo:

Ejemplos de casas de impresión 3D en fotos

Para imaginar mejor el proceso y el resultado, te invitamos a ver cómo quedan las casas impresas en una impresora 3D en una pequeña galería de fotos:

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¿Dónde puedo comprar una impresora 3D de construcción y cuánto cuesta?

La impresión 3D para la construcción es sin duda el futuro. Pero mientras estas tecnologías se mejoran, y pasarán otros 10 años antes de que tales máquinas aparezcan en todos organizaciones de construcción o estar disponible para desarrolladores privados. Se puede comprar una impresora 3D de construcción en el mismo Ekaterimburgo de Spetsavia. Una impresora 3D de construcción que imprime una casa tiene un precio de 4,6 millones de rublos. De acuerdo, porque la construcción de una casa privada es un poco costosa. Pero por un pequeño compañía de construcción- un precio muy razonable.

Existe el mito de que Dmitri Ivanovich Mendeleev vio a su tabla periódica elementos químicos en un sueño.
Chuck Hull, el hombre que inventó la impresión 3D, también vio a su futura creación en un sueño. Por supuesto, una impresora de este tipo no es una fuente de eterna juventud, pero los médicos ya han ideado una aplicación universal para la impresora al servicio de la sociedad. Las impresoras 3D ayudan a los médicos a imprimir huesos, dientes, tumores y, a veces, órganos completos.

Han pasado más de 30 años desde la invención de esta tecnología. Con cada generación de impresoras, los principios del endurecimiento de polímeros han cambiado y la calidad de impresión ha cambiado. El primer objeto impreso por el propio Chuck Hull fue la taza más simple, que tardó varios meses en crearse. Ahora está de moda imprimir cosas bonitas y originales en tan solo unas horas.

Al ensamblar su primera impresora 3D y fundar 3D Systems, Chuck Hull no solo creó nuevo objeto, y se convirtió en el creador de una industria tecnológica completamente nueva: "tecnologías aditivas". La esencia de la aditividad reside en el hecho de que el objeto no se crea a partir de una pieza monolítica cortando los fragmentos sobrantes, sino que se crea desde cero añadiendo piezas de material original nuevo.

Dado que las opciones para usar tales impresoras gran cantidad, entonces exteriormente pueden no parecerse en absoluto a sus contrapartes de "oficina". Con la ayuda de la impresión 3D, ahora se imprime absolutamente todo: desde casas hasta pasteles.

El indicador actual del volumen del mercado mundial para este grupo de productos es de $ 3 mil millones, según las previsiones, para 2020 esta cifra tendrá que crecer cuatro (!) veces.

Aunque esta tecnología aún no está en la cima de su popularidad, el fabricante mundial de motores de aviones Rolls-Royce está imprimiendo palas de turbina para motores con poder y fuerza, confiando en las últimas tecnologías en la vida de las personas y en su nombre.

¿Qué atrae a los ingenieros y diseñadores de todo el mundo a una nueva tecnología? En primer lugar, alto rendimiento y simplicidad. Es suficiente tener un modelo 3D y ya puede esperar obtener una copia terminada del producto de salida. En segundo lugar, el bajo costo del producto es especialmente atractivo para los fabricantes: no hay necesidad de gastar dinero extra en el pago de horas-hombre dedicadas a la producción, no hay necesidad de rehacer completamente los dibujos y producir una nueva pieza, si algo necesita para ser finalizado en el prototipo, no hay necesidad de fabricar formas complejas en varios pasos, gastando en esto una gran cantidad de material de origen.

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Además, la impresión 3D es una maravillosa y lógica extensión de un sistema completamente computarizado. producción moderna. Absolutamente todo: desde la idea hasta la implementación, se crea con la ayuda de una computadora. Elaboración de un boceto, creación de un modelo técnico, procesamiento y proyección del modelo terminado en un entorno informático, creación de un archivo especial para la impresora... Intervención Factor humano minimizado en todas las etapas de producción.
Por cierto, a Chuck Hull también se le ocurrió uno de los formatos de archivo que se pueden usar para interpretar comandos para una impresora 3D.

Además, la nueva tecnología permite no solo crear un modelo desde cero, sino también convertir un objeto existente en un entorno electrónico: aquí el papel de una impresora 3D se reemplaza por un escáner 3D.

Esta característica le permite ajustar rápidamente las propiedades del artículo a las necesidades de una persona en particular: ¡personalización y personalización cuando se trabaja con un cliente al más alto nivel!

Por supuesto, la nueva tecnología tiene sus inconvenientes, pero son menores. Las principales críticas se centran en la baja velocidad de impresión y el alto grano superficial. Pero no olvide que en los últimos 30 años ya ha habido un gran avance en la velocidad de dichas impresoras, y en el futuro estas cifras solo mejorarán. Ya se han desarrollado varias opciones de impresoras que pueden imprimir con varios cabezales al mismo tiempo, creando modelos multicolores, o impresoras que utilizan tecnología de impresión continua: el fotopolímero se endurece tan rápido que no es necesario trabajar capa por capa. la cabeza.

También puede pensar en la calidad del tratamiento de la superficie durante mucho tiempo: lejos de que todas las industrias requieran una superficie perfecta, para la mayoría de las empresas es mucho más importante obtener una pieza nueva rápidamente, probarla, refinarla y obtener rápidamente una muestra real. . Y las tecnologías aditivas hacen frente a estas tareas notablemente.

Chuck Hull recuerda que 30 años de máquinas voluminosas y tranquilas a dispositivos portátiles pasarán muy rápido. Por lo tanto, confía en que las tecnologías aditivas podrán desarrollarse en el futuro.

Si ahora el material principal para la impresión es amplia gama polímeros, entonces en un futuro próximo este lugar puede ser ocupado por aleaciones y materiales cerámicos compuestos.

Ya ha habido artículos en Habré sobre las tecnologías de impresión utilizadas por las impresoras 3D, pero en este artículo traté de abordar el tema de manera sistemática para que el lector tenga una idea clara de qué principios están integrados en la tecnología de impresión 3D, qué materiales se utilizan y en el final Como resultado, qué tecnología es mejor utilizar para obtener un determinado resultado, ya sea una pieza de titanio, o un modelo maestro para su posterior replicación.
Artículo basado en Fabricado: El nuevo mundo de la impresión 3D

I. Los que exprimen o vierten o rocían algo

1) FDM (modelado por deposición fundida) impresoras que extruyen algún material capa por capa a través de una boquilla dosificadora, no las describiré en detalle, todos las conocemos. Todas las impresoras tipo makerbot + impresoras Stratasys + varias impresoras culinarias (con glaseado, queso, masa) + impresoras médicas que imprimen con "tinta viva" (cuando cualquier conjunto de células vivas se coloca en un gel médico especial que se usa más en biomedicina )

2) Tecnología Polyjet, fue inventado por la empresa israelí Objet en 2000. Stratasys los compró en 2012. La esencia de la tecnología: el fotopolímero se dispara en pequeñas dosis desde boquillas delgadas, como en impresión de inyección de tinta, e inmediatamente polimeriza en la superficie del dispositivo fabricado bajo la influencia de la radiación UV. Una característica importante que distingue a PolyJet de la estereolitografía es la capacidad de imprimir con diversos materiales.
Ventajas de la tecnología: a) espesor de capa de hasta 16 micras (célula sanguínea 10 micras) b) imprime rápidamente, ya que el líquido se puede aplicar muy rápidamente. Desventajas de la tecnología: a) imprime solo con un fotopolímero, un plástico costoso y altamente especializado, generalmente sensible a los rayos UV y bastante frágil.
Aplicación: prototipos industriales y medicina

3) LENTE (CONFORMACIÓN DE RED DISEÑADA POR LÁSER)
El material en forma de polvo es expulsado por la boquilla y golpeado por un rayo láser enfocado. Parte del polvo pasa volando, y la parte que cae en el foco del láser se sinteriza instantáneamente y capa por capa forma una parte tridimensional. Esta tecnología se utiliza para imprimir objetos de acero y titanio.
Dado que solo se podían imprimir objetos de plástico antes de la llegada de esta tecnología, nadie se tomaba la impresión 3D particularmente en serio, y esta tecnología abrió la puerta a la impresión 3D a la "gran" industria. Polvos varios materiales Se pueden mezclar y así obtener aleaciones, sobre la marcha.
Aplicación: por ejemplo, álabes de titanio para turbinas con canales de refrigeración internos. Fabricante del equipo: Optomec

4) LOM (fabricación de objetos laminados)
Las láminas delgadas de material laminado se cortan con un cuchillo o láser y luego se sinterizan o se pegan en un objeto tridimensional. Aquellos. se coloca una lámina delgada de material, que se corta a lo largo del contorno del objeto, así se obtiene una capa, se coloca la siguiente lámina sobre ella, y así sucesivamente. Después de eso, todas las hojas se prensan o sinterizan.
De esta forma, los modelos 3D se imprimen a partir de papel, plástico o aluminio. Los modelos de aluminio se imprimen utilizando una fina lámina de aluminio, que se corta a lo largo del contorno capa por capa y luego se sinteriza mediante vibración ultrasónica.

II. Los que sinterizan o pegan algo

1) SL (Estereolitografía) Estereolitografía.
Hay un pequeño baño con polímero líquido. El rayo láser pasa sobre la superficie y, en este punto, el polímero polimeriza bajo la influencia de los rayos UV. Una vez que una capa está lista, se baja la plataforma con la pieza, el polímero líquido llena el vacío, luego se hornea la siguiente capa y así sucesivamente. A veces sucede lo contrario: la plataforma con la pieza se eleva, el láser se encuentra en consecuencia debajo ...
Después de imprimir con este método, se requiere un procesamiento posterior del objeto: eliminación del exceso de material y soporte, a veces se pule la superficie. Dependiendo de las propiedades requeridas del objeto final, el modelo se hornea en el llamado. hornos ultravioleta.
El fotopolímero suele ser tóxico, por lo que cuando trabaje con él, debe usar equipo de protección y respiradores. Mantener y mantener una impresora de este tipo en casa es difícil y costoso.
Ventajas: rápido y preciso, precisión de 10 micras. Para sinterizar el fotopolímero, basta con un láser de un reproductor de Blu-ray, gracias al cual aparecen en el mercado impresoras económicas pero precisas que utilizan esta tecnología (por ejemplo, Form1).

2) LS (sinterización por láser)
Sinterizado por láser. Similar a SL, pero en lugar de un fotopolímero líquido, se utiliza un polvo que es sinterizado por láser.
Ventajas: a) es menos probable que la pieza se rompa durante el proceso de impresión, ya que el polvo en sí mismo actúa como un soporte confiable b) los materiales en polvo son bastante fáciles de encontrar a la venta, incluyendo: bronce, acero, nailon, titanio
Desventajas: a) la superficie es porosa b) algunos polvos son explosivos, por lo que deben almacenarse en cámaras llenas de nitrógeno c) la sinterización se realiza a altas temperaturas, por lo que las piezas terminadas se enfrían durante mucho tiempo, según el tamaño y el espesor de las capas, algunos objetos pueden enfriarse hasta un día.

3) 3DP (impresión tridimensional)
Inventada en 1980 en el MIT por Paul Williams, la tecnología se ha vendido a varias organizaciones comerciales, una de las cuales es zCorp, ahora adquirida por 3D Systems.
Se aplica un adhesivo al material en forma de polvo, que une los gránulos, luego se aplica una nueva capa de polvo sobre la capa encolada, y así sucesivamente. La salida, por regla general, es un material de arenisca (similar en propiedades al yeso)
Ventajas: a) dado que se usa pegamento, se le puede agregar pintura y, por lo tanto, se pueden imprimir objetos de colores b) la tecnología es relativamente barata y ahorra energía c) se puede usar en casa o en la oficina c) se puede imprimir usando vidrio pólvora, polvo de huesos, caucho reciclado, bronce e incluso aserrín. Usando una tecnología similar, puede imprimir objetos comestibles como azúcar o chocolate en polvo. El polvo se pega con pegamento especial para alimentos, se puede agregar colorante y saborizante al pegamento. Como ejemplo, las nuevas impresoras 3D de 3D Systems, que se demostraron en CES 2014 - ChefJet y ChefJet Pro
Desventajas: a) se obtiene una superficie bastante rugosa a la salida, con una resolución baja de ~ 100 micras b) el material debe ser postprocesado (horneado) para darle las propiedades necesarias.

Espero que el material les sea de utilidad.
Se aceptan adiciones.

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