Tecnología de creación rápida de prototipos de materiales metálicos
El proceso de prototipado rápido es el siguiente:
l) Construcción del modelo tridimensional del producto. Dado que el sistema RP está controlado directamente por el modelo CAD 3D, primero se debe construir un modelo CAD 3D de la pieza a mecanizar. El modelo CAD tridimensional se puede construir directamente utilizando software de diseño asistido por computadora (como Pro/E, I-DEAS, Solid Works, UG, etc.), o los dibujos bidimensionales de productos existentes se pueden convertir para formar un modelo tridimensional, o la entidad del producto se puede realizar un escaneo láser y una tomografía computarizada para obtener datos de la nube de puntos y luego utilizar métodos de ingeniería inversa para construir un modelo tridimensional.
2) Procesamiento aproximado de modelos tridimensionales. Dado que los productos suelen tener algunas superficies irregulares de forma libre, el modelo debe aproximarse antes del procesamiento para facilitar el procesamiento de datos posterior. Debido a que el formato de archivo STL es simple y práctico, se ha convertido en un archivo de interfaz casi estándar en el campo de la creación rápida de prototipos. Utiliza una serie de planos de triángulos pequeños para aproximar el modelo original. Cada triángulo pequeño se describe mediante 3 coordenadas de vértice y un vector normal. El tamaño del triángulo se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos de precisión. Los archivos STL tienen dos formas de salida: código binario y código ASCll. El espacio ocupado por la forma de salida del código binario es mucho más pequeño que el del formulario de salida del código ASCⅡ, pero el formulario de salida del código ASCⅡ se puede leer y verificar. El software CAD típico tiene la función de convertir y exportar archivos en formato STL.
3) Procesamiento de corte de modelos tridimensionales. Seleccione la dirección de procesamiento adecuada de acuerdo con las características del modelo a procesar y corte el modelo aproximado con una serie de planos en ciertos intervalos en la dirección de la altura de formación para extraer la información del perfil de la sección. El intervalo es generalmente de 0,05 mm a 0,5 mm y normalmente se utiliza 0,1 mm. Cuanto menor sea el intervalo, mayor será la precisión del moldeo, pero cuanto mayor sea el tiempo de moldeo, menor será la eficiencia. Por el contrario, la precisión es baja, pero la eficiencia es alta.
4) Procesamiento de conformado. De acuerdo con el perfil de la sección transversal del proceso de corte, bajo control por computadora, el cabezal de formación correspondiente (cabezal láser o boquilla) realiza un movimiento de escaneo de acuerdo con la información del perfil de la sección transversal, apila los materiales capa por capa en el banco de trabajo y luego une las capas y finalmente obtiene el producto prototipo.
5) Postprocesamiento de piezas moldeadas. Las piezas moldeadas se sacan del sistema de moldeo y se muelen, se pulen, se pintan o se colocan en un horno de alta temperatura para su posterior sinterización para mejorar aún más su resistencia. La tecnología de creación rápida de prototipos tiene las siguientes características importantes:
l) Puede producir entidades geométricas tridimensionales arbitrariamente complejas. Debido al principio de moldeo discreto/acumulado. Simplifica un proceso de fabricación tridimensional muy complejo mediante la superposición de procesos bidimensionales y puede procesar piezas de cualquier forma compleja. Cuanto más complejas son las piezas, más ventajas se pueden mostrar de la tecnología RP. Además, la tecnología RP es especialmente adecuada para piezas como cavidades complejas y superficies complejas que son difíciles o incluso imposibles de fabricar con métodos tradicionales.
2) Rapidez. La información de diseño y procesamiento de una nueva pieza se puede obtener modificando o reorganizando un modelo CAD. Las piezas se pueden fabricar desde unas pocas horas hasta decenas de horas, lo que tiene la característica destacada de una fabricación rápida.
3) Altamente flexible. Los procesos de fabricación complejos se pueden completar sin accesorios ni herramientas especiales, y se pueden fabricar rápidamente herramientas, moldes, prototipos o piezas
4) La tecnología de creación rápida de prototipos ha logrado dos objetivos avanzados que la disciplina de la ingeniería mecánica persigue durante muchos años. Es decir, la integración del proceso de extracción de materiales (fase gaseosa, líquida y sólida) y el proceso de fabricación y la integración de diseño (CAD) y fabricación (CAM)
5) y la ingeniería inversa (Reverse Engineering ), tecnología CAD, la combinación de tecnología de red, realidad virtual, etc. se ha convertido en una herramienta poderosa para el rápido desarrollo de productos.
Por lo tanto, la tecnología de creación rápida de prototipos juega un papel cada vez más importante en el campo de la fabricación y tendrá un impacto importante en la industria manufacturera. Clasificación de la tecnología de creación rápida de prototipos:
La tecnología de creación rápida de prototipos se puede dividir en dos categorías según el método de moldeo: Tecnología de moldeo basada en láser y otras fuentes de luz (Tecnología Láser), tales como: moldeo por fotocurado (SLA ), fabricación de sólidos en capas (LOM), sinterización selectiva de polvo por láser (SLS), modelado por deposición de formas (SDM), etc., tecnología de moldeo basada en inyección (Jetting Technoloy), como: modelado por deposición fundida (FDM), tridimensional. Impresión (3DP), Deposición por chorro multifásico (MJD).
La siguiente es una breve introducción a los procesos más maduros.
1. Proceso SLA (Stereolithogrphy Apparatus) El proceso SLA también se llama modelado luminoso o estereolitografía. Fue patentado por Charles Hul en Estados Unidos en 1984. En 1988, la American 3D System Company lanzó el prototipo comercial SLA-I, que fue la primera máquina de creación rápida de prototipos del mundo. Varios tipos de máquinas de moldeo SLA ocupan una gran parte del mercado de equipos RP. La tecnología SLA funciona basándose en el principio de fotopolimerización de una resina fotosensible líquida. Este material líquido puede sufrir rápidamente una reacción de fotopolimerización bajo la irradiación de luz ultravioleta de una determinada longitud de onda e intensidad, el peso molecular aumenta bruscamente y el material cambia de un estado líquido a un estado sólido. Principio de funcionamiento de SLA: el tanque de líquido se llena con resina líquida fotopolimerizable. Bajo la acción del espejo de desviación, el rayo láser puede escanear la superficie del líquido. La trayectoria de escaneo y la presencia o ausencia de la luz son controladas por el. computadora donde golpea el punto de luz, el líquido simplemente se solidifica. Cuando comienza el moldeo, la plataforma de trabajo se encuentra a cierta profundidad debajo de la superficie del líquido. El punto de luz enfocado se escanea punto por punto sobre la superficie del líquido según las instrucciones de la computadora, es decir, se solidifica punto por punto. Cuando se completa una capa de escaneo. Las zonas que no están iluminadas siguen siendo resina líquida. Luego, la plataforma elevadora baja la plataforma un nivel y la capa formada se cubre con otra capa de resina. El raspador raspa la superficie del líquido de resina con mayor viscosidad y luego escanea la siguiente capa y se pega firmemente a la. capa anterior y repetir hasta fabricar toda la pieza, dando como resultado un modelo sólido tridimensional. El método SLA es actualmente el método más estudiado en el campo de la tecnología de creación rápida de prototipos. También es el método técnicamente más maduro. Las piezas formadas mediante el proceso SLA tienen una alta precisión, con una precisión de procesamiento que generalmente alcanza los 0,1 mm y una tasa de utilización de materia prima cercana al 100%. Sin embargo, este método también tiene limitaciones, como la necesidad de soporte, la contracción de la resina que conduce a una disminución de la precisión y la cierta toxicidad de la resina fotopolimerizable.
2. Proceso LOM (Laminate Object Manufacturing, LOM) El proceso LOM se denomina fabricación de entidades laminadas o fabricación de entidades en capas. Fue desarrollado con éxito en 1986 por Michael Feygin de Helisys Company en Estados Unidos. El proceso LOM utiliza materiales en láminas delgadas, como papel, películas plásticas, etc. La superficie de la hoja se recubre previamente con una capa de pegamento termofusible. Durante el procesamiento, el rodillo de presión en caliente presiona con calor la hoja para unirla a la pieza de trabajo formada debajo. Utilice un láser de CO2 para cortar el perfil transversal de la pieza y el marco exterior de la pieza de trabajo en la capa recién adherida, y corte una rejilla alineada hacia arriba y hacia abajo en el área sobrante entre el perfil transversal y el exterior. marco. Una vez completado el corte por láser, el banco de trabajo empuja la pieza de trabajo formada hacia abajo y la separa de la lámina en forma de tira. El mecanismo de alimentación hace girar el eje de recogida y el eje de alimentación para impulsar la correa de material para mover y mover la nueva capa al área de procesamiento. La pieza de trabajo se eleva al plano de procesamiento y es prensada en caliente mediante el rodillo de prensado en caliente. El número de capas de la pieza de trabajo aumenta en una capa y la altura aumenta en un espesor del material. Luego corte el perfil en una nueva capa. Repita esto hasta que todas las secciones de la pieza estén unidas y cortadas. Finalmente se retira el exceso picado, dando como resultado una pieza sólida fabricada en capas. El proceso LOM solo corta el contorno de la sección transversal de la pieza en la hoja en lugar de escanear toda la sección transversal. Por lo tanto, se pueden formar rápidamente piezas de paredes gruesas y se pueden fabricar fácilmente piezas grandes. No hay cambio de fase del material durante el proceso, por lo que no es fácil causar deformación por deformación. El exceso de material entre el marco de la pieza y el perfil transversal desempeña un papel de soporte durante el procesamiento, por lo que el proceso LOM no requiere soporte. Las desventajas son un importante desperdicio de material y una mala calidad de la superficie.
3. Proceso SLS (Sinterización Láser Selectiva) El proceso SLS se llama sinterización láser selectiva y fue desarrollado con éxito en 1989 por C.R. Dechard de la Universidad de Texas en Austin. El proceso SLS utiliza materiales en polvo para el moldeo. Extienda el material en polvo sobre la superficie superior de la pieza formada y raspe. Utilice un láser de CO2 de alta intensidad para escanear la sección transversal de la pieza en la nueva capa recién colocada. El material en polvo se sinteriza a alta intensidad. irradiación láser para obtener una sección transversal de la pieza y conectarla a la pieza formada a continuación. Cuando se sinteriza una capa de secciones transversales, se extiende una nueva capa de material en polvo y las secciones transversales inferiores se sinterizan selectivamente. Una vez completada la sinterización, se elimina el exceso de polvo y luego las piezas se obtienen mediante molienda, secado y otros procesos. El proceso SLS se caracteriza por una amplia gama de materiales. Permite fabricar no sólo piezas de plástico, sino también piezas de cerámica, cera y otros materiales, especialmente piezas metálicas. Esto hace que el proceso SLS sea bastante atractivo.
El proceso SLS no requiere soporte porque el polvo no sinterizado actúa como soporte.
4. Proceso 3DP (Impresión en Tres Dimensiones) El proceso de impresión tridimensional fue desarrollado por E-manual Sachs y otros del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Estados Unidos. Ha sido comercializado por Soligen Company en Estados Unidos con el nombre de DSPC (Direct Shell Production Casting) y se utiliza para fabricar carcasas y núcleos cerámicos para fundición. El proceso 3DP es similar al proceso SLS y utiliza materiales en polvo para el moldeo, como polvo cerámico y polvo metálico. La diferencia es que el material en polvo no se conecta mediante sinterización, sino que la sección transversal de la pieza se "imprime" en el material en polvo utilizando un aglutinante (como gel de sílice) a través de una boquilla. Las piezas unidas con adhesivos tienen menor resistencia y requieren un posprocesamiento. Primero se quema el aglutinante y luego se infiltra el metal a altas temperaturas para densificar las piezas y aumentar su resistencia.
5. Proceso FDM (Fused Depostion Modeling) El proceso de fabricación por deposición fundida (FDM) fue desarrollado con éxito por el académico estadounidense Scott Crump en 1988. Los materiales FDM son generalmente materiales termoplásticos, como cera, ABS, nailon, etc. Se suministra en forma de filamento. El material se calienta y se funde dentro de la boquilla. La boquilla se mueve a lo largo del contorno de la sección transversal y la trayectoria de llenado de la pieza mientras extruye el material fundido. El material se solidifica rápidamente y se condensa con los materiales circundantes. La tecnología FDM está diseñada y fabricada por Stratasys y se puede aplicar a una variedad de sistemas. Estos sistemas son FDM Maxum, FDM Titan, Prodigy Plus y Dimension. La tecnología FDM utiliza ABS, policarbonato (PC), polifenilsulfona (PPSF) y otros materiales. Estos materiales termoplásticos se extruyen en filamentos semifundidos, que se depositan en una pila capa por capa para crear prototipos directamente a partir de datos CAD en 3D. Esta tecnología se utiliza comúnmente en la conformación, el ensamblaje, las pruebas funcionales y el diseño conceptual. Además, la tecnología FDM se puede aplicar al muestreo y a la fabricación rápida.
Otros materiales: La tecnología FDM también cuenta con otros materiales especiales. Estos incluyen polifenilsulfona, materiales de caucho y materiales de cera. El material de caucho se utiliza para fabricar prototipos funcionales con propiedades similares al caucho. El material de cera está diseñado específicamente para crear muestras de fundición a la cera perdida. Las propiedades de la cera permiten utilizar muestras FDM para producir patrones de cera tradicionales similares a los que se encuentran en las fundiciones. La polifenilsulfona, un nuevo material de ingeniería utilizado en los modelos Titan, proporciona alta resistencia química y al calor, así como resistencia y dureza, con una resistencia al calor de 207,2 grados Celsius.
Stratesys anunció que ha lanzado materiales PPSF para el sistema de creación rápida de prototipos FDM Titan. Entre varios materiales de creación rápida de prototipos, PPSF (o polifenilsulfona) tiene la mayor resistencia, resistencia al calor y resistencia química. Los fabricantes de la industria aeroespacial, la industria automotriz y la industria de productos médicos son los primeros usuarios que esperan utilizar este material PPSF. A la industria aeroespacial le gustarán las propiedades retardantes de llama del material; la industria automotriz también estará ansiosa por aplicar su resistencia química y su capacidad para continuar operando a temperaturas superiores a 400 grados; y los fabricantes de productos médicos utilizarán prototipos de PPSF que puedan esterilizarse. sentir interés. Para la unidad de prueba, Parker Hannifin instaló un modelo fabricado por PPSF en el motor de un automóvil. La pieza, un filtro llamado coalescente de vapor del cárter, se instaló en un motor V8 y se probó durante 40 horas para determinar la efectividad del medio filtrante. El gas recolectado por esta pieza contiene aceite lubricante a 160 grados, combustible, vapores de aceite y otros productos de reacción química de la combustión. Russ Jensen de Parker Hannifin dijo: "El conjunto no tuvo fugas y exhibió la misma resistencia y propiedades que cuando se ensambló por primera vez. Estamos muy satisfechos con el desempeño de las operaciones de la unidad de prueba, MSOE (Escuela de Ingeniería de Milwaukee). El manager Sheku Kamara está igualmente satisfecho con el nuevo material.
"Cuando el vidrio se funde a 450 grados, entre varios materiales de creación rápida de prototipos, el material PPSF también tiene la temperatura de funcionamiento y la dureza más altas además del metal", dijo. "Durante las pruebas de adhesivo, las piezas del prototipo de PPSF se sometieron a temperaturas que oscilaban entre 14 grados y 392 grados y permanecieron intactas".
Los colores incluyen el blanco más utilizado y el ABS ofrece seis colores de material. Las opciones de color incluyen azul, amarillo, rojo, verde y negro. El ABSi de grado médico está disponible para aplicaciones translúcidas, como el rojo transparente o el amarillo para faros de automóviles.
Estabilidad de las propiedades A diferencia de las resinas SLA y PolyJet, las propiedades de los materiales FDM no cambiarán con el tiempo ni con la exposición ambiental. Al igual que las réplicas moldeadas por inyección, estos materiales conservan su resistencia, rigidez y color en casi cualquier entorno.
Precisión La precisión dimensional de la creación rápida de prototipos depende de muchos factores, y los resultados pueden variar ligeramente de una pieza a otra o de un día para otro. Los aspectos que deben considerarse deben incluir condiciones conocidas, como el rango de tiempo de la medición, la precisión de la pieza de trabajo y la información de precisión de Titan y Prodigy Plus. Consulte el Apéndice 1 para obtener más detalles. Las piezas de trabajo de prueba de precisión se muestran en las Figuras 5 y 6. Cada máquina está construida con un espesor de capa de 0,18 mm para formar los datos de precisión actuales.
MAXUM TITAN PRODIGY
Tamaño teórico Tamaño real Porcentaje Tamaño teórico Porcentaje Tamaño teórico Porcentaje
A 76,2 76,2 0,00 76,2 0,00 76,1 0,17
B 25,4 25,5 0,30 25,5 0,40 25,6 0,60
C 152,4 152,4 0,00 152,3 0,08 152,4 0,00
D 2,54 2,51 1,00 2,54 0,00 2,54 0,0
E 76,2 76,15 0,07 76,07 0,17 76,12 0,10
F 101,6 101,57 0,02 101,42 0,18 101,50 0,10
G 25,4 25,48 0,30 25,50 0,40 25,55 0,60
H1 2,7 12,62 0,60 12,65 0,40 12,55 1,20H2 12,7 12,62 0,60 12,67 0,20 12,55 1,20
I 12,7 12,67 0,20 12,7 0,00 12,62 0,60
J 6,35 6,43 1,20 6,55 3,05 6,48
K 12,7 12,67 0,20 12,78 0,60 12,78 0,60
Datos de precisión dimensional de Maxum, Titan y Prodigy Plus. Todas las piezas de prueba se construyeron con un espesor de capa de 0,18 mm. (Unidad: mm)
Construcción de la pieza de trabajo En términos generales, la precisión proporcionada por la tecnología FDM suele ser igual o mejor que la tecnología SLA y la tecnología PolyJet, y definitivamente es mejor que la tecnología SLS. Sin embargo, dado que la precisión depende de muchos factores, pueden producirse resultados contradictorios en prototipos individuales. La precisión de la tecnología FDM se ve afectada por menos variables. Con las tecnologías SLA, SLS y PolyJet, la precisión dimensional se verá afectada por factores como la calibración de la máquina, las habilidades operativas, la dirección del moldeado y la posición de la pieza de trabajo, la edad del material y la tasa de contracción.
Eje Z Este no es siempre el caso, el eje Z puede ser el que menos precisión ha demostrado. Además de los cambios discutidos anteriormente, la altura del prototipo puede cambiar debido a errores enteros en el espesor de la capa. Esto es válido para todos los sistemas RP. Cuando la superficie superior o inferior de cualquier entidad no se puede alinear en una capa, el algoritmo de corte de capas en el software redondeará las dimensiones al espesor de capa más cercano. En el peor de los casos, si la superficie está redondeada en un extremo hacia abajo y en el otro hacia arriba, la altura puede variar en un espesor de capa.
Para los parámetros FDM típicos, esto puede dar como resultado un error de al menos 0,127 mm.
Estabilidad La estabilidad dimensional es una ventaja clave de los prototipos FDM. Al igual que la tecnología SLS, el tiempo y la exposición ambiental no cambiarán el tamaño u otras características de la pieza de trabajo. Una vez separado el prototipo del sistema FDM, sus dimensiones quedan fijas cuando alcanza la temperatura ambiente. Si la temperatura cambia en grados, no ocurre lo mismo con la tecnología SLA o PolyJet.
Resultado de posprocesamiento Muchas piezas de RP requieren un acabado manual para lograr la suavidad de la pieza de trabajo. Por ejemplo, SLA requiere la eliminación manual de las estructuras de soporte de la superficie de la pieza de trabajo, y la superficie de la pieza de trabajo requiere algo de pulido manual. Esto significa que la precisión de la pieza de trabajo ya no se ve afectada únicamente por la precisión del sistema. Ahora está controlado por el nivel de habilidad del técnico de posprocesamiento. Para moldeo, ensamblaje y creación de prototipos funcionales, la mayoría de los usuarios consideran aceptable la precisión de la superficie de las piezas de trabajo FDM. Luego, cuando se combina con soportes solubles en agua y soportes fáciles de pelar, significa que la precisión de los prototipos FDM no se verá afectada por los cambios manuales. Por supuesto, si se requiere precisión de la superficie para el moldeado o la pintura de silicona, la pieza de trabajo FDM requerirá un posprocesamiento, al igual que otras tecnologías. En este caso, la habilidad del técnico de posprocesamiento de la pieza juega un papel clave en la precisión del prototipo que se puede lograr.
La precisión del acabado superficial es reconocida tanto por los usuarios como por Stratasys. La limitación más obvia de la tecnología FDM es la precisión del acabado superficial. Debido a que se extruye a partir de plástico semifundido, la precisión del acabado de la superficie es más rugosa que la de SLA y PolyJet, pero comparable a la de SLS. Si bien la precisión del acabado de la superficie mejora con anchos de alambre más pequeños y espesores de capa más delgados, los contornos de los contornos y los espesores de las capas acumuladas que pasan a través de la boquilla de extrusión aún se pueden ver en las paredes superior, inferior y lateral. La Tabla 2 enumera la precisión del acabado superficial de Maxum y Titan. Para mejorar la precisión del acabado superficial, tanto Maxum como Titan ahora ofrecen un espesor de capa de 0,127 mm. El usuario encuentra la dirección de moldeado de la pieza de trabajo para cumplir con los requisitos de precisión del acabado superficial. Estas superficies, que requieren una alta precisión de acabado, normalmente se forman en dirección vertical. Las superficies menos importantes suelen formarse horizontalmente, como las superficies inferior o superior. Al igual que con otras técnicas, se puede utilizar el procesamiento secundario (salida de posprocesamiento) para hacerlo idéntico. Sin embargo, la dureza de los materiales ABS y policarbonato hace que el pulido requiera mucha mano de obra. Los usuarios suelen utilizar disolventes o adhesivos para terminar o prepararse para el lijado. Los medios disponibles comercialmente incluyen empalmes, pegamento ABS de secado rápido, acetona y epoxis de dos componentes. Para lograr una precisión suficiente, tanto la tecnología FDM como los productos de la competencia pueden proporcionar superficies para moldeo o pintura de silicona. La diferencia clave es cuánto tiempo lleva lograr los resultados requeridos.
Definición de características: aunque los sistemas FDM de gama alta pueden producir características más pequeñas, el tamaño mínimo de la característica de la mayoría de los prototipos FDM está limitado al doble del ancho del cable. Sin la intervención del usuario, la opción de "trayectoria cerrada" utilizada por la tecnología FDM limita el tamaño mínimo de la característica al doble del ancho de la pila de troqueles de extrusión. Para los parámetros típicos de boquilla y construcción, el tamaño mínimo de la característica varía de 0,4 a 0,6 mm. Aunque es mayor que los tamaños mínimos de funciones de SLA y PolyJet, este rango es el mismo que los tamaños mínimos de funciones disponibles para estas tecnologías. Aunque la tecnología SLA puede construir tamaños tan pequeños como 0,08 (modelos Viper si2) o 0,25 mm (todos los modelos), y la tecnología PolyJet puede construir tamaños tan pequeños como 0,04 mm, pocos prototipos aprovecharán estos valores mínimos para realizar el más mínimo detalle. Teniendo en cuenta las propiedades del material, se suele encontrar que los prototipos con tecnología SLA y tecnología PolyJet tienen un tamaño mínimo de característica de 0,5 mm. El tamaño mínimo de característica de la tecnología FDM es igual o mejor que los 0,6 a 0,8 mm de la tecnología SLS. Debido a que las propiedades del material son similares al ABS o al policarbonato moldeado por inyección, la tecnología FDM puede ofrecer tamaños de características funcionales en el rango de 0,4 a 0,6 mm.
Resistencia ambiental: Los prototipos FDM proporcionan propiedades materiales similares a los materiales termoplásticos. Esto incluye la exposición ambiental y química. En el caso del ABS, los usuarios pueden experimentar con sus prototipos a temperaturas de hasta 93 grados y en medios químicos como petróleo, gasolina e incluso algunos ácidos. Una consideración clave es la exposición a la humedad, incluida la inmersión y la humedad.
La resina fotosensible utilizada en la tecnología SLA y la tecnología PolyJet es sensible a la humedad y puede dañarse. La exposición al agua o la humedad no sólo afectará las propiedades mecánicas del prototipo, sino que también afectará la precisión dimensional. A medida que los prototipos de fotopolímero absorban la humedad, comenzarán a ablandarse y volverse algo flexibles. Además, la pieza de trabajo tenderá a deformarse o expandirse, lo que afectará seriamente la precisión dimensional. Los prototipos de tecnología FDM, así como los prototipos de tecnología SLS, no se ven afectados por la humedad, por lo que mantienen sus propiedades mecánicas y precisión dimensional originales.
Mecanizado: Los prototipos FDM se pueden fresar, taladrar, rectificar, tornear, etc. Para compensar la falta de precisión de la superficie y mejorar los detalles de las características, cuando existen requisitos de calidad especiales, los usuarios suelen realizar un procesamiento secundario para mejorar los detalles del prototipo. Después de considerar las propiedades físicas del prototipo, la atención debe pasar a los parámetros de operación. Las siguientes áreas pueden afectar el uso del prototipo en su aplicación prevista.
Tamaño de la pieza de trabajo: a diferencia de algunas tecnologías de creación rápida de prototipos, el rango de construcción de la tecnología FDM en el anuncio es el tamaño de pieza de trabajo más grande. Dentro de la familia de productos, la tecnología FDM ofrece una amplia gama de opciones constructivas. Maxum, la versión más grande, ofrece tamaños de piezas de hasta 600 x 500 x 600 mm. El alcance de dicha construcción es el mismo que el de los sistemas SLA más grandes. Titan, ofrece un tamaño máximo de pieza de trabajo de 406 x 355 x 406 mm. El alcance de una construcción de este tipo es ligeramente mayor que el del sistema SLS Sinterstations. El Prodigy Plus, un modelo de escritorio de oficina, tiene un área integrada de 203 x 203 x 305 mm, que es un poco más grande que el sistema PolyJet y el sistema SLA más pequeño. Cuando se utilizan tecnologías de la competencia, las partes del prototipo rápido que exceden el espacio de construcción a menudo se construyen en secciones y luego se unen entre sí. Utilizando pegamento ABS de secado rápido disponible comercialmente, la fuerza de adhesión de la pieza de trabajo FDM puede cumplir con la aplicación de pruebas funcionales. Además, las piezas de trabajo FDM se pueden soldar mediante soldadura ultrasónica. Esta opción no está disponible en SLA y PolyJet porque no están fabricados con materiales termoplásticos.
Estructuras de soporte: en la tecnología FDM, se requieren estructuras de soporte para formar la base para fabricar la pieza de trabajo y para soportar cualquier elemento más allá de la suspensión. En la interfaz de la pieza de trabajo se ha colocado una pila sólida de material de soporte. Debajo de esta pila sólida, los cables son de 0,5 mm y se depositan a una distancia de 3,8 mm. La tecnología FDM ofrece dos tipos de soportes: estructuras de soporte fácilmente despegables (BASS) y estructuras de soporte solubles en agua (WaterWorks). Los soportes BASS se retiran despegando manualmente el soporte de la superficie de la pieza de trabajo. Si bien no quieren dañar la superficie de la pieza de trabajo, las características pequeñas deben ser fácilmente accesibles y accesibles. Los soportes solubles en agua (WaterWorks) son soluciones que utilizan materiales solubles en agua que pueden descomponerse en disolventes acuosos alcalinos. A diferencia de los soportes fácilmente despegables (BASS), estos soportes se pueden ubicar en áreas empotradas en lo profundo de la pieza de trabajo o en contacto con elementos pequeños porque la remoción mecánica se puede realizar sin consideración. Además, los soportes solubles en agua protegen los pequeños rasgos. En otras tecnologías de creación rápida de prototipos, cómo quitar los soportes sin dañar las funciones es un gran desafío.
Conjuntos de una pieza Con la aparición de soportes solubles en agua, la tecnología FDM proporciona una solución única: la construcción de conjuntos operables de una sola pieza. Debido a que los soportes solubles en agua se pueden desmontar, se puede construir un conjunto de varias piezas en una sola pasada de máquina. Cuando se pueden ejecutar ensamblajes de varias piezas en SLS o PolyJet, se debe tener cuidado de tener en cuenta el material que queda entre las piezas originales. Por ejemplo, el conjunto de engranajes con forma de cerebro de la tecnología FDM que se muestra en la Figura 3 se puede completar sin trabajo manual y lleva algún tiempo descomponer el soporte soluble en agua. Hacer la misma pieza de trabajo utilizando tecnología SLS puede requerir más de una hora de trabajo manual para eliminar el polvo de las piezas del engranaje y del eje. Con soportes solubles en agua, los datos CAD de todo el conjunto se pueden tratar como una sola pieza de trabajo. Asimismo, no se requiere mano de obra ni tiempo para ensamblar las piezas de trabajo.
El equipo de creación rápida de prototipos se coloca mejor en una sala de diseño por computadora para facilitar el trabajo. Se requiere que el equipo esté libre de humo, vibraciones y ruido, y que los materiales sean seguros y no tóxicos.
La materia prima líquida de la resina fotosensible (SLA) es tóxica y debe manipularse con especial cuidado, y se requiere un sistema de escape para eliminar el humo tóxico generado durante el proceso de modelado, mientras que el material en polvo (SLS) requiere un sistema de escape; equipo de recolección de polvo y prevención de polvo. La caja y el sistema de generación de nitrógeno (LOM) también deben estar equipados con un sistema de escape para extraer el humo generado durante el proceso de modelado; solo necesita la máquina de creación rápida de prototipos FDM de la empresa estadounidense Stratasys; ser operado en un ambiente de oficina general. Muchos usuarios de la tecnología FDM tratan la tecnología como algo periférico a sus diseños. Por derecho propio, la tecnología se ha convertido en otra herramienta vinculada e impulsada por los sistemas CAD para revisar y validar conceptos de diseño en las primeras etapas del proceso. Para tales aplicaciones, la tecnología FDM se utiliza como herramienta de modelado conceptual para transmitir claramente diseños cada vez más sofisticados y complejos. Cuando la tecnología FDM no puede proporcionar la velocidad esperada de un modelo conceptual, ofrece las ventajas de combinar modelos conceptuales con aplicaciones de visión. Estos puntos fuertes incluyen la precisión, las propiedades de los materiales, el color y la eliminación del posprocesamiento manual de piezas. Aunque la resistencia y rigidez del material no son críticas para los modelos conceptuales, a menudo vale la pena prestarles atención porque los modelos frágiles a menudo se rompen en los momentos más inoportunos. Los modelos de tecnología FDM también se utilizan en ventas y marketing, tanto interna como externamente. Internamente, se utilizan prototipos de tecnología FDM para que el equipo de ventas, la gerencia y otros empleados puedan ver cómo se verá el producto antes de que comience la fabricación. Externamente, los prototipos se utilizan para generar entusiasmo e interés entre los clientes potenciales antes de comercializar el producto.
Creación de prototipos, ensamblaje y modelos funcionales: como ocurre con muchas tecnologías, la creación rápida de prototipos requiere ciertos sacrificios en la creación de prototipos, ensamblaje y análisis funcional. Aunque la tecnología SLA y la tecnología PolyJet brindan mejores detalles, precisión y exactitud en el procesamiento de superficies, no pueden proporcionar la resistencia y dureza necesarias. Asimismo, la tecnología SLS aporta solidez a expensas de la precisión y el detalle.
Muestras recortadas: la creación rápida de prototipos se puede utilizar como muestras para la construcción de moldes. A diferencia de otras tecnologías de creación rápida de prototipos, la tecnología FDM se puede utilizar con éxito para crear prototipos. Sin embargo, se debe considerar la precisión del mecanizado de la superficie y el tiempo necesario para posprocesar la pieza de trabajo hasta el punto en que pueda usarse como molde maestro. La fundición a la cera perdida es un uso adicional de las muestras que deben quemarse dentro de sus propios moldes de arcilla. Los patrones de cera y los moldes de ABS construidos mediante el proceso de tecnología FDM han demostrado ser adecuados para el proceso de fundición estándar de consumo de combustión en moldes de concha de arcilla.
Fabricación rápida (bajo volumen y variedad) La creación rápida de prototipos ha despertado el interés en la fabricación de tiradas cortas y es rentable para pedidos tan pequeños como una unidad. Estas aplicaciones requieren piezas de trabajo que cumplan con las especificaciones funcionales en muchas áreas. Si bien la precisión y las propiedades del material de la tecnología FDM están disponibles, es una de las pocas tecnologías dedicadas a esta aplicación. Si bien una pieza de trabajo FDM que aún no ha pasado por el procesamiento final puede limitarse a aplicaciones visuales y decorativas, no se impide que se utilice como componente interior o para fines que no requieran un atractivo artístico. Para aplicaciones de fabricación rápida, el tiempo de ejecución se convertirá en una consideración importante. Sin embargo, como atestiguarán varios usuarios, el tiempo de ejecución para una pequeña cantidad de piezas es significativamente menor que el tiempo total requerido para producir el molde y el producto terminado.