Fabricación aditiva y nuevos tipos de producción
Si bien en un principio la fabricación aditiva se utilizó sobre todo para crear prototipos y modelos, en la actualidad muchos departamentos de desarrollo y líneas de producción se benefician de sus ventajas a diario. La tecnología en fábrica y la calidad de los materiales han evolucionado mucho en los últimos años, esto permite obtener más aplicaciones funcionales y optimizar los resultados.
igus, que siempre ha estado involucrada en el desarrollo de polímeros técnicos de alto rendimiento, se adentró en el mundo de la fabricación aditiva hace varios años y desarrolló materiales para impresoras de filamento (FDM) e impresoras de sinterización láser (SLS). Estos materiales están optimizados tribológicamente para aplicaciones en movimiento en las que se produce fricción y desgaste en contraste con los componentes estáticos.
Impresión 3D con múltiples materiales
La tecnología de fabricación se está adelantando al desarrollo de productos con nuevas posibilidades. Hablamos de piezas impresas en múltiples materiales, donde se ofrece la posibilidad de fabricar un componente a partir de dos materiales diferentes en un solo paso de producción, es decir sin unión posterior.
¿Para todos los procesos de impresión 3D?
Las técnicas de impresión 3D a partir de una materia prima líquida o en polvo no han ofrecido hasta ahora la posibilidad de la impresión multimaterial. Sin embargo, las impresoras 3D que funcionan según el método de deposición de hilos fundidos (FDM/FFF), sí.
Impresión multimaterial en FDM ¿Cómo funciona?
El filamento se aplica a través de una boquilla de fusión, de la cual se puede colocar casi cualquier cantidad en uno o más cabezales de impresión. La segunda boquilla en el cabezal de impresión se usa generalmente para procesar material de soporte que no permanece en el componente después de la impresión. Sin embargo, también se pueden combinar diferentes filamentos para formar un único componente.
Dado que la impresora 3D cambia entre los dos materiales en cada capa en este proceso, no hay ninguna restricción geométrica sobre cómo se pueden combinar las dos “fases” (análogas a la química). De este modo, los materiales pueden entrelazarse, encerrarse, alternarse en capas, etc. dependiendo del software de impresión 3D (Slicer), se pueden asignar diferentes características (como el relleno, la piel exterior, la parte superior y la inferior) a uno u otro material, por lo que se puede ser muy creativo al combinar los materiales.
Opciones de combinación de diferentes materiales
Diversidad de filamentos
Para poder apreciar todo el potencial de método de fabricación hay que considerar la gran variedad de materiales que ofrece la impresión 3D en FDM. Te ofrecemos una visión general de las diferentes especificaciones funcionales que pueden poseer cada uno de ellos:
- Óptica: varios colores y acabados superficiales (brillante, mate, translúcido), con carga metálica, etc.
- Especificaciones mecánicas: dureza, resistencia a la temperatura, refuerzo con fibras, flexibilidad, etc.
- Características especiales: ignífugo, antiestático o conductivo, optimizado tribológicamente, espumante, etc.
Como ya se ha descrito, teóricamente se pueden combinar dos filamentos como se desee en una impresora estándar. Aunque, temperaturas de procesamiento significativamente diferentes tienen un efecto restrictivo. Los materiales tampoco tienen que fusionarse necesariamente entre sí en las capas límite, ya que todavía se puede lograr una conexión inseparable entre las dos fases mediante un cierre de forma resuelto constructivamente de los dos materiales.
Posible aplicaciones de la impresión multimaterial
Aquí tienes una recopilación de algunas ejemplos donde se combinan las características de dos materiales y se obtiene como resultado piezas sensibles y funcionales:
- Un componente para desviar fuerzas en un aparato debe tener la mayor rigidez posible para mantener la junta libre de interferencias. Al mismo tiempo, los cojinetes deben tener un funcionamiento lo más suave posible y deben ser duraderos y resistentes al desgaste.
-> Una buena combinación aquí es un material estructural reforzado con fibras de vidrio o carbono como igumid P150 y un material tribológicamente optimizado como los tribofilamentos igus iglidur. - Los requisitos dinámicos dictan que un elemento de sujeción sea lo más ligero posible, pero con una gran resistencia a la flexión, y agarre de forma segura pero suave.
-> Mientras que el cuerpo de la pinza está fabricado con un filamento reforzado con fibra, se puede utilizar un filamento flexible para las superficies de sujeción, lo que proporciona un agarre seguro a través de un alto coeficiente de fricción. - Los cojinetes de un eje deben compensar cualquier error de ángulo y amortiguar los impactos.
-> El elemento de cojinete formado por tribofilamentos se puede revestir con un filamento flexible como el TPU con una dureza Shore de 95 A.
Pieza impresa en dos filamentos 
Palanca de deviación impresa en dos materiales
Requisitos para la combinación de múltiples materiales
Dos filamentos distintos se pueden unir de varias formas para crear un componente duradero:
Por un lado, los materiales se fusionan en las interfaces de forma similar a como se hace entre dos capas del mismo material. Esto funciona mejor cuanto más similares sean los filamentos en términos de composición de polímeros y temperaturas de procesamiento. Pero incluso materiales no tan similares entran en cierto grado de unión. En este caso, los límites solo se establecen si la temperatura de procesamiento de un material excede la del otro hasta tal punto que el segundo material ya no se puede procesar con estabilidad dimensional o incluso se descompone.
Por otro lado, un diseño de ajuste de forma de ambas fases permite realizar una conexión que no puede liberarse sin destrucción. Existen diferentes enfoques para esto, que se explican con más detalle en el siguiente artículo: Fabricación de pieza en impresión 3D multimaterial.
