Prototips ràpids - Serveis

Ineo Prototipos pot transformar una idea en una peça o producte en ajustats terminis de temps. Aplicant les tecnologies de fabricació additiva es poden fabricar peces de plàstic o metall de forma ràpida.

INEO Prototipos - Serveis

Tecnologies de fabricació additiva

ADDITIVE MANUFACTURING

Una mica d’història...

La història de la civilització ha estat lligada la capacitat de fabricació d´objectes i eines; cada avanç en aquest camp ha permès un avanç en la societat

  • Artesania

  • Revolució industrial (màquina de vapor, S. XVIII - UK)

  • Generació elèctrica

Més recentment i en menor mesura:

  • Organització de la producció (millores introduïdes cap a 1955 al Japó)

  • Aparició i avanç de CAD 3D - CAE – CAM

  • 1986: SLA = ESTEREOLITOGRAFIA, primera tecnologia de fabricació additiva (abans -1979 - ja existia la patent sobre el procés de sinterització làser de pols - SLS)

TECNOLOGIES DE FABRICACIÓ

1- Tecnologies que conformen un material:

Utilitzen preformes per obtenir la geometria requerida: injecció plàstic i metalls, forja, embotició, plegat, sinteritzat, colada al buit, extrusió, RIM, emmotllament en sorra, centrifugat, etc).

2- Tecnologies subtractives:

Obté la geometria requerida sostraient material d´una geometria gran (mecanitzat, electroerosió, tall per aigua, tall per làser, etc).

3- Tecnologies additives Fabricació Additiva (AM):

Obté la geometria únicament afegint material a partir de geometria CAD-3D.

Avantatges de la Fabricació Additiva (AM)

  • Fàcil creació de geometries complicades (per a altres tecnologies de fabricació):

    • formes naturals

    • geometries amb buidats interns

    • dissenys fractals

    • Permet evitar acoblaments unint geometries.

  • Facilitat per realitzar dissenys ergonòmics.

  • RAPIDESA: ajuda a la innovació

Aplicacions de la Fabricació Additiva (AM)

  • La indústria aeronàutica (Airbus, Boeing) fan servir aquestes tecnologies per alleugerir peces de motors, fer peces personalitzades, fabricar sèries curtes, etc

  • En Cirurgia s´utilitza per a la preparació d´una operació, fabricar pròtesis a mida, etc

  • També s´empren per fabricar medicines (1 sola pastilla diària amb tots els components necessaris per a un pacient concret), circuits electrònics, arquitectura, interiorisme, indústria dental, moda, calçat, joguina, menjar, oci, etc

  • Una reconeguda marca d´objectes infantils té una línia de joguines per a ser dissenyats pels nens i elaborats mitjançant impressió 3D

  • Cada vegada hi ha més botigues d´impressió 3D on l´usuari pot sol•licitar la impressió dels seus propis dissenys

  • Creixements d´ús del 20-30% anual

Fabricació Additiva (AM): TIPUS DE TECNOLOGIES ACTUALS

  • SLA: estereolitografia - 1986 - 3D SYSTEMS (USA)

  • SLS: SINTERITZACIÓ SELECTIVA PER LÀSER - 1992 - DTM (USA) / EOS (ALEMANYA)

  • FDM: DEPOSICIÓ DE FIL DE PLÀSTIC FOS - 1990 - Stratasys (USA)

  • 3DPrinting: LLICÈNCIA D´M.I.T. - 1993 - Z CORP (USA), VOXELJET, o Prometal (EXOne, 1996)

  • LOM: LAMINATED OBJECT MODELING (ha desaparegut)

  • POLYJET: 3D SYSTEMS (USA) I OBJET - 2000 - (ISRAEL)

  • REP RAP - 2005 (UK) - similar a FDM

  • DLP: similar a SLA (Digital Light Processing)

  • SLM / DMLS: Selective Laser Melting (com la sinterització però amb resultats "densos")

  • MULTIJET FUSION – HP – 2016

  • "MULTI ARBURG" - 2016

Fabricació Additiva (AM): GENERALITATS

  1. DIBUIXAR A CAD-3D (pensant en la tecnologia a utilitzar)

  2. TRANSFORMAR A FORMAT STL

  3. ORIENTAR I SITUAR tenint en compte la tecnologia a emprar

SLA: ESTEREOLITOGRAFIA

Un làser UV polimeritza la superfície (entre 0.05 i 0,2 mm) d´una cisterna de resina epoxi: una plataforma en forma de reixeta suporta la part de peça fabricada.

Hi ha màquines de SLA petites i molt exactes i altres molt grans amb toleràncies de ± 0,5 mm. Al mateix temps que la peça s´han de fabricar uns suports per fixar aquesta peça a la base en forma de reixa que la mantindrà posicionada i que va baixant en cada capa: aquests suports garanteixen que la part fabricada no cau, ni es mou, ni es deforma.

Un cop fabricada la peça, ha de passar per un procés de neteja, retirada dels suports i un post-curat en un forn de llum ultraviolada per quedar totalment solidificada.

SLA: avantatges

  • Fabricació de prototips ràpids i complexos.

  • Excel·lent reproducció dels detalls i precisió de les peces.

  • Rapidesa.

  • Bon acabat superficial.

  • Es poden enganxar parts de peces construïdes per separat.

  • Es poden crear parets molt fines.

  • Permet diferents acabats superficials i pintats.

  • Hi ha diferents materials de fabricació: transparent, flexible, translúcid.

  • Només es consumeix el material usat per a la peça i els seus suports.

SLA: desavantatges

  • Fragilitat (en funció de la resina que s´utilitzi).

  • Necessitat d´utilitzar suports per estabilitzar superfícies que sobresurten durant el procés de fabricació de les peces.

  • Assajos mecànics i tèrmics no massa exigents.

  • Gruix mínim 0,6mm.

  • No és possible niar peces unes sobre les altres durant la fabricació

  • Material sensible a la humitat ia la temperatura.

  • Cost del manteniment elevat

  • Cost inicial del volum del bany

  • Màquines molt cares

  • Necessitat d´una sala aïllada (sense UV i temperatura una mica controlada)

  • Necessitat de forn UV i estació de neteja amb alcohol.

SLA: aplicacions

  • Oficines tècniques, departaments d´R + D, centres de disseny de diferents sectors industrials, arquitectura, medicina, que precisin de:

    • Peça Màster per fabricar motlles de silicona.

    • Prototips funcionals.

    • Models per a presentació.

    • Peces que necessitaran un acabat superficial.

    • Peces d´alta qualitat dimensional.

SLS: SINTERITZACIÓ LÀSER

  • Aquest procés consta de tres etapes:

    1. En una càmera inert i calenta es diposita una capa de material en pols a la zona de treball

    2. Es fon de manera selectiva per mitjà d´un làser o un feix d´electrons

    3. La zona de treball realitza un desplaçament cap avall equivalent a l´alçada d´una capa per tornar a repetir el procés

SLS: avantatges sinteritzat de pols plàstic

  • Peces amb materials funcionals: PA12m, PA11, PP, PEEK, PE, PA + FV, PA + FC, elastòmer, sorra, etc

  • Rapidesa: capacitat per fer moltes peces alhora (productivitat).

  • Es poden enganxar parts de peces construïdes per separat.

  • Es poden crear parets molt fines.

  • Permet diferents acabats superficials, pintats, impermeabilitzat.

  • Recomanable per a sèries curtes de peces petites o mitjanes (sense acabat).

  • Peces més econòmiques (en general) que les fabricades en SLA.

  • Llibertat completa de disseny: no hi ha suports, la pols suporta la peça.

  • Possibilitat de niar peces (unes dins les altres).

  • Facilitat d´enganxat i pintat.

  • Altes temperatures.

  • Resistència química.

  • No hi ha curació posterior.

SLS: desavantatges sinteritzat de pols plàstic

  • Dimensions de la càmera: std 300x300x400 (EOS P700 700x380x580mm)

  • Deformació en peces molt grans: millor fabricar la peça dividida en parts i després enganxar.

  • Aspecte lleugeramen rugós (gruix de capa a partir de 0,08 mm)

  • Màquines molt cares

  • Habitació necessària per no omplir de pols els voltants. Necessitat de diverses estacions de treball per barrejar material nou i usat i per xorrejar peces.

SLS: aplicacions sinteritzat de pols plàstic

  • Maquetes per a la validació del producte a nivell dimensional i funcional

  • Màster per fer motlles de silicona o utillatges

  • Possibilitat d´utilitzar material per fer microfusió (fosa a la cera perduda)

  • Petits motlles per termoconformat

FDM: FUSED DEPOSITION MATERIAL

Sistema de fabricació additiva on un capçal extrueix un fil de plàstic (ABS inicialment): en màquines professionals aquest procés es produeix en una càmera amb ambient controlat: en "impressores 3D domèstiques" no hi ha tant control o no n´hi ha cap.

Un cop fabricada la peça, ha de passar per un procés de neteja, retirada dels suports.

FDM: avantatges

  • Gran varietat de materials: ABS, ABS / PC, PC, PLA, amb altes prestacions

  • Possibilitat d´adquirir màquines de baix cost (i baixes prestacions)

  • Facilitat d´eliminació de suports.

  • No hi ha curació posterior.

  • Possibilitat de fer peces molt grans sense deformacions.

  • Neteja de la zona del voltant

FDM: desavantatges

  • Lentitud (comparat amb SLS)

  • Rugositat.

FDM: aplicacions

  • Maquetes validació producte dimensional i funcional

  • Màster per fer motlles de silicona o utillatges

  • Possibilitat d´utilitzar materials per a fabricar peces finals per a la indústria aeronàutica.

  • Possibilitat de cromar peces d´ABS

POLYJET O MULTIJET: OBJET, 3D SYSTEMS

Aquesta tecnologia es basa en un capçal que es mou en X i Y que diposita microgotes d´una resina que es cura amb llum: la base que suporta la geometria baixa o el capçal puja a mesura que es fabrica la peça. Hi ha màquines que poden dipositar diversos materials: fins i tot poden barrejar aquests materials per aconseguir noves característiques mecàniques. Això elimina la necessitat de dissenyar i / o fabricar aquest tipus de peces per separat: també permet fer servir diferents colors.

El 2012 OBJET es va fusionar amb Stratays. 3D Systems disposa de màquines similars.

POLYJET O MULTIJET: avantatges

  • Gran varietat de materials: elastòmers, rígids, transparents

  • Possibilitat de barrejar materials creant nous materials o peces amb diferents materials

  • Facilitat d´eliminació de suports

  • No hi ha curació posterior

  • Possibilitat de fer peces grans sense deformacions

  • Neteja de la zona del voltant: ideal per a oficines sense taller

  • Superfícies de peces fabricades prou llises

  • Molta exactitud

POLYJET O MULTIJET: desavantatges

  • Lentitud (comparat amb SLS)

  • Materials amb característiques mecàniques poc tècniques

  • Peces poc aptes per a ser polides

POLYJET O MULTIJET: aplicacions

  • Tots aquells sectors industrials que necessiten prototips amb diferents materials. Sèries curtes de peces sense grans requeriments mecànics.

ALTRES SISTEMES: DLP

DLP (Digital Light Processing): diversos fabricants fan servir aquesta tecnologia per a les seves màquines de fabricació additiva (AM) Generalment fan servir una resina acrílica o un compost amb cera, curada amb làser. Té gran exactitud: cada vegada hi ha màquines grans en el mercat. Necessita poc material en estoc (la cubeta és poc profunda).

Envisiontech (Alemanya, 2002) té màquines fins a 450x450x450 mm amb 0,05mm de resolució a 20mm / h de velocitat en Z.

ALTRES SISTEMES: LOM

LOM: LAMINATED OBJECT MODELING

Aquesta tecnologia feia servir una làmina de paper per, un cop tallades amb un plotter de tall o làser, apilar i formar la geometria a fabricar.

Tenia l´avantatge que la matèria primera era barata, però absorbia molta humitat i es deformava amb facilitat.

Més tard van aparèixer al mercat màquines amb fulls DIN A4 calibrades i sense calibrar que feien prototips molt barats. No han tingut molt èxit (Solgut 3D, etc.).

Mcor Technologies (Irlanda, 2008), impressora a color amb DIN A4.

ALTRES SISTEMES: Voxeljet, Prometal, Solidscape

Voxeljet i Prometal: Sistema de fabricació de motlles de sorra per a fosa de metalls i fabricació de peces en pols de metacrilat (PMMA). Tenen màquines de grans dimensions.

També s´han desenvolupat màquines de sinteritzat metàl·lic.

Usen la mateixa tecnologia desenvolupada al MIT (3DP) que també fan servir les Z Corp

Solidscape (1994): en 2010 va ser comprada per Stratasys (FDM): impressora petita amb bona resolució, molt bon acabat superficial, basada en la impressió en cera amb un capçal.

ALTRES SISTEMES: 3D Printing - REP RAP

La majoria de les màquines "3D printers" usen la tecnologia FDM, però de forma senzilla.

El projecte REP RAP va néixer el 2006 aproximadament amb la idea de fer màquines que es poguessin clonar a si mateixes. Els dissenys dels components d´aquestes màquines estan disponibles i els programes informàtics també.

ALTRES SISTEMES: HP i ARBURG

  • HP, el fabricant d´impressores i altres productes informàtics, fa anys que ha estat desenvolupant una "Multijet FUSION".

  • ARBURG, un dels majors fabricants de màquines d´injecció de plàstic, va presentar el 2013 un prototip d´una màquina de fabricació additiva (AM) que usava el mateix plàstic que es podia emprar en els seus injectors.

ALTRES SISTEMES: DMLS - SLM (Tots dos sinteritzat metàl·lic)

  • EOS (Alemanya, 1989), RENISHAW (USA va comprar patents alemanyes a MTT el 2011), 3D SYSTEMS (USA), ARCAM (Suècia, 1997, 4 kw projector d´electrons), SLM (abans MTT i abans MCP, Alemanya), Concept Laser (Hofmann group, Germany), Höganäs (Suècia), Sciaky (USA, 2009)

COLADA AL BUIT

  • Un altre sistema per a la fabricació ràpida de sèries curtes i de prototips és la colada al buit en motlles de silicona. Aquesta tecnologia permet reproduir peces en resina de poliuretà mitjançant un motlle de silicona (habitualment a partir d´un màster fabricat en AM).

    • Les resines de poliuretà tenen característiques molt variades: flexibilitat, transparència, resistència a alta temperatura, càrregues diverses, ignífug (V0)

  • Per dur a terme la colada al buit cal una màquina de buit que permeti tenir els dos components que formaran el poliuretà dins de la càmera, separats i amb la possibilitat de poder barrejar i colar el resultat dins del motlle.