IntroducciónALaImpresión3D
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| Description | Introducción a la impresión 3D
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Contents
- 1 IMPRESIÓN 3D - ¿QUÉ ES? ¿QUÉ INVOLUCRA?
- 2 ALGO DE HISTORIA…
- 3 PROCESOS / MÉTODOS DE PRODUCCIÓN 3D
- 4 VENTAJAS DE LA IMPRESIÓN 3D - REVOLUCIÓN
IMPRESIÓN 3D - ¿QUÉ ES? ¿QUÉ INVOLUCRA?
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EL QUE TIENE IMAGINACIÓN, CON QUÉ FACILIDAD SACA DE LA NADA UN MUNDO. GUSTAVO ADOLFO BÉCQUER (1836-1870) POETA ESPAÑOL. |
Un pantallazo general para empezar a introducirnos:
Algunas impresiones 3d.
Imprimiendo una estrella
Adornos
Adaptador de Pistas
La tecnología de impresión 3D es el proceso por el cual, se hace un objeto tridimensional, casi de cualquier forma, a partir de un modelo 3d, básicamente bajo un proceso de adición de material. Es por eso que también se denomina manufactura aditiva.
Pero ¿Cómo? ¿Cómo? ¿Me lo explicarías mejor?
Sí, es sumar material por capas:
Material + Material + Material = Sumar = Adicionar = ¡Objeto 3D!
En el fondo, ¿Es parecido a como se construye una casa?; ¿O un edificio?; ¿O un castillo de arena? Paso por paso, ladrillo a ladrillo, pared a pared, piso por piso, balde a balde... ¿Cuál es la innovación? Ah, que no hay innovación… Que el mundo viene “imprimiendo” hace mucho tiempo y nosotros desde chicos lo venimos haciendo cuando jugamos en la playa con arena, o los orfebres cuando hacen piezas de cerámica... ¿Entonces?
Bueno, querías una explicación sencilla, algo aproximado, pero claro; a esta explicación sencilla podríamos mejorarla comentando que la impresión 3d tiene algunos elementos que la caracterizan:
• Manufactura aditiva
• Diseños en 3d y datos informáticos.
• Tecnología.
• Nuevos materiales.
• Posicionamiento preciso.
• Robótica.
• Sensores de posicionamiento.
• La conjunción / combinación de estos factores.
El proceso de creación de una pieza 3D involucra: • Creación de modelo de la pieza por computadora (STL, Objeto CAD)
• Configurar el modelo generado para poder imprimirlo. (Traducción del modelo a instrucciones secuenciales entendibles por la impresora)
• Impresión 3d. La impresión propiamente dicha.
• Trabajos post impresión.
Pero como veremos también hay muchos temas para mencionar:
ALGO DE HISTORIA…
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INCLUSO EL PASADO PUEDE MODIFICARSE; LOS HISTORIADORES NO PARAN DE DEMOSTRARLO. JEAN PAUL SARTRE (1905-1980) |
Seguramente incompleta e imprecisa, ¡Seguramente! (Sé que hay personas a las que este tema les gusta y podrán aportar más datos…)
1981, Hideo Kodama, del instituto de investigación industrial del municipio de Nagoya, inventó métodos de fabricación aditiva utilizando polímeros que se endurecen con la exposición a la luz UV.
1984 Chuck Hull, de 3D Systems Corp, inventa un proceso denominado estereolitografía, donde se usa rayos UV, para curar fotopolímeros. También desarrolla el formato STL, y el proceso de rebanado y cortado de los modelos 3d.
Para la década de 1980, se desarrollaron métodos y procesos de sinterización de metales, con rayos láser en forma selectiva.
Hacia 1990 y en adelante se desarrollan y comercializan métodos de deposición de distintos materiales, líquidos y polvos. Su uso comenzó a hacerse más extensivo, habiendo más oferta y reduciéndose el costo de acceso a esta tecnología.
En el 2005, comienza RepRap; un blog; una iniciativa; un movimiento de colaboración de conocimiento; un hobby; una plataforma de conocimiento libre y compartido, fundado por Dr. Adrian Bowyder, Profesor titular de ingeniería mecánica en la Universidad de Bath, una localidad de unas 100.000 personas cercana a Bristol, Reino Unido. Conocido ahora como el proyecto RepRap, es una iniciativa para desarrollar una impresora 3d, que pueda imprimir la mayor parte de sus componentes; y amén del objetivo original, se transformó en una plataforma mundial de conocimiento compartido sobre la impresión 3d; y en general un ejemplo de cómo compartir el conocimiento.
Para el 2006, El proyecto Fab@Home, fue uno de los primeros proyectos abiertos para desarrollar una impresora 3d, y también uno de los primeros proyectos para desarrollar dispositivos físicos con base de conocimiento libre y compartida, conocido luego como “Open Source Hardware”.
Es decir que a partir de 2005, la tecnología de impresión 3d, comenzó a volverse más accesible y más popular. Se comenzaron a fabricar muchas impresoras en todo el mundo. Se aceleró en forma notable el desarrollo de esta tecnología y la demanda de la misma.
2009 El Doctor en Robótica Juan González Gómez; ObiJuan; participa en conferencia de Adrian Bowyder; tuvo el presentimiento de estar ante el comienzo de algo grande. Arma su primera impresora y se convence que este conocimiento “hay que transmitirlo y enseñarlo”. Luego realizará unos videos de difusión muy ilustrativos e interesantes.
2011 Comienza el proyecto “Clone Wars”; creado por el Doctor en Robótica Juan González Gómez (ObiJuan); Una lista de correo de Google, muy activa. Una comunidad, donde todos los miembros exponemos nuestras experiencias, preguntamos nuestras dudas y obtenemos respuestas e ideas.
PROCESOS / MÉTODOS DE PRODUCCIÓN 3D
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NO HAY ROSAS SIN ESPINAS, NI BLANCOS SIN COLOR, SONIDOS SIN EL RUIDO, MILAGROS SIN AMOR J. BAUER. (2015) |
Hay diferentes procesos de manufactura aditiva o de impresión 3d, explicaremos cada uno de ellos brevemente.
IMPRESIÓN 3D POR POLIMERIZACIÓN CON LUZ
Los nombres de estas técnicas son: • Estereolitografía: StereoLitography (SLA)
• Digital Light Processing (DLP), Fabricación óptica
• Impresión de resina, 3d layering, Solidificación fotográfica
La pieza se va formando por sucesión de capas solidificadas a partir de un líquido; de una “resina” sensible a la luz. La resina es solidificada capa por capa formando la pieza deseada.
El modelo 3d a imprimir es facetado, cortado, subdividido en capas horizontales.
Cada capa es convertida en una imagen de dos dimensiones que deja o no pasar la luz.
Cada una de estas imágenes es proyectada secuencialmente, capa a capa, en una resina sensible a la luz, con una exposición controlada de la misma. La luz cura la resina. Por ejemplo resina sensible a la luz ultravioleta. Algunas partes de la capa quedan expuestas a la luz, que solidifican y otras partes de la capa no. Este proceso lleva un tiempo determinado por capa. Finalizada una capa, se comienza a curar, la siguiente.
El proceso se realiza secuencialmente capa por capa; con la sucesión de imágenes. Una capa, una imagen.
En una batea o recipiente se coloca resina sensible a la luz. Una plataforma perforada que desciende en el eje vertical sirve de soporte a la pieza que se va ir generando. Capa por capa, con un rayo láser (o dispositivos similares de energía) se va curando la resina, para que solidifique en las partes que interesa. Luego que la primera capa es generada, la plataforma baja una altura determinada y se comienza a realizar la siguiente capa. La fuente de energía, el láser, vuelve a curar la resina en la siguiente capa. Y así sucesivamente capa por capa.
En algunos casos, la proyección se realiza desde abajo, se polimeriza esa capa, se levanta el objeto que se está formando y se vuelve a polimerizar otra capa. Y así sucesivamente.
Una vez terminado el proceso de impresión, se limpia la pieza con un solvente y se puede terminar de curar en un horno con calor, luces ultravioleta o similares.
VENTAJAS POLIMERIZACIÓN CON LUZ
Este método tiene dos ventajas muy grandes respecto a otros métodos. • Tiene una gran definición; definición fotográfica; Se pueden realizar piezas detalladas. Se puede llevarlo a escalas de micro fabricación.
• Se puede exponer toda una capa entera al mismo tiempo.
DESVENTAJAS POLIMERIZACIÓN CON LUZ
• La resina es costosa respecto a otros materiales de impresión.
• Para determinadas piezas se tiene que diseñar el material de soporte para que puedan ser ejecutadas.
IMPRESIÓN 3D POR MÉTODOS DE EXTRUSIÓN DE MATERIAL
Los nombres de estas técnicas son:
• Fused deposition modelling (FDM)
• Molten Polymer Deposition. (MPD)
Técnica de manufactura aditiva donde la pieza es generada por sucesivas deposiciones ordenadas de material.
El material termoplástico, usualmente un filamento bobinado es extruido a través de una boquilla. (El Hotend). El material solidifica al poco tiempo de salir de la boquilla.
La boquilla deposita el material en forma ordenada y controlada. Control del recorrido, de las temperaturas, de los movimientos, de las velocidades, de las aceleraciones y del caudal de material aportado.
El material extruido solidifica al poco tiempo de haber sido depositado adhiriéndose al material existente.
La boquilla recorre un camino prefijado por capa depositando el material. Finalizada una capa, se altera la altura y se comienza a realizar el camino de la capa siguiente. La nueva capa apoya en la anterior. Así sucesivamente se realizan varias capas, cada una con su “recorrido”. La sucesión de capas va formando la pieza deseada.
Se utilizan motores para posicionar espacialmente la boquilla y para traccionar al filamento. Los motores son motores de movimiento preciso; en general se utilizan motores paso a paso.
Para generar las capas y el recorrido, el modelo 3d a imprimir es facetado, cortado, subdividido en capas horizontales. Cada capa es convertida en un camino, en un recorrido que tendrá que hacer la boquilla.
Un programa define los movimientos necesarios para realizar la impresión. El software define el camino que debe realizar la boquilla (nozzle) para ir depositando el material.
Además del uso de filamentos, también existen métodos por tolva, donde el material es aportado en forma granular.
VENTAJAS DE LA EXTRUSIÓN DE MATERIAL
• Es una tecnología accesible y no tan complicada de aprender.
• Hay variedad de materiales disponibles para utilizar con esta tecnología.
• Es una tecnología limpia y puede estar en oficinas.
DESVENTAJAS DE LA EXTRUSIÓN DE MATERIAL
• Para algunos diseños necesita un material de soporte, que será el sostén de la pieza a realizar.
IMPRESIÓN 3D POR MÉTODOS QUE FUNDEN, QUEMAN O PEGAN EL MATERIAL: GRANULAR MATERIAL BINDING
Los nombres de estas técnicas son:
• Selective laser melting (SLM),
• Direct metal laser sintering (DMLS),
• Selective laser sintering (SLS),
• Selective heat sintering (SHS),
• Plaster-based 3D printing (PP)
Se funden, pegan o aglutinan polvos, o granulados, capa a capa, según el esquema de la pieza deseada.
Se puede aplicar un pegamento para aglutinar el material, una conjunción de rayos láser para quemar el material, un aporte puntual de temperatura, una inyección de tinta aglomerante, etc.
Queda entonces una capa de granulado, donde parte del granulado está suelto y parte queda unido.
Una vez realizado el proceso en una capa, la capa desciende, se pone una nueva capa de arena, partículas, polvos, granos y se vuelve a unir el material deseado.
Realizando varias capas, se logra unir material en la capa y entre capas. Logrando la pieza deseada. Finalizadas todas las capas, se saca la pieza y se retira el material que no se fundió. (Se retira de agujeros previamente diseñados en la pieza).
Finalizado el proceso, se extrae el polvo.
En algunos procesos el aglutinamiento del material, se hace por etapas, se une temporalmente o débilmente primero, para que quede la estructura deseada, y luego se realizan tratamientos térmicos para incrementar la resistencia de la pieza.
También se puede utilizar otras técnicas para fundir o aglutinar los componentes que lograrán la adhesión del polvo: Láser para sinterizar el material; Capas alternadas de polvo y pegamento, o técnicas que realicen reacciones químicas para conseguir similares resultados, etc. Como la mayor parte de los materiales puede ser llevado a polvo o granulado, este tipo de impresión es la más promisoria. Abre el juego para los más variados materiales y usos. Arena, sal, azúcar, metales, cerámicos, mezclas, la lista es amplia. Las propiedades de las piezas obtenidas también.
El gran desafío es revivir y aggiornar los conocimientos que ya tenemos sobre estos materiales para adaptarlos a esta tecnología. Hay que volver a leer, re aprender, practicar sobre estos materiales; sobre sus aglutinantes; y sobre los métodos de unión de los mismos.
VENTAJAS DE FUNDIR, QUEMAR O PEGAR POLVOS O GRANULADOS
• En este método el esquema fundido de una capa pueda llegar a ser totalmente independiente del esquema de fundido de las capas anteriores y posteriores. El mismo polvo funciona de soporte, es por eso que las estructuras tipo “puente” son fáciles de realizar. Permitiendo por ejemplo que se impriman piezas dentro de piezas.
• Es una técnica rápida, que puede tener una gran definición.
• El material que no es utilizado, no se pierde, se vuelve a utilizar en la próxima impresión.
• Tiene mucha proyección de mejora. Se podrán realizar capas con diferentes materiales o combinar diferentes materiales en una misma capa. Además permitirá mejor acabado y terminación.
IMPRESIÓN 3D POR MÉTODOS LAMINARES
Los nombres de estas técnicas son: Laminated object manufacturing (LOM), Otro método de manufactura aditiva. El objeto 3D, se logra con el pegado de capas de distintos materiales. Con un láser se recorta la forma deseada de cada capa. Cada capa puede tener un material y una forma particular. Luego se juntan y unen las capas a través de un elemento guía común.
El proceso es el siguiente:
• Una bobina provee el material; papel.
• La máquina adiciona pegamento al papel, para la unión de sucesivas capas,
• adicional una capa de un material adherente.
• El corte se realiza por láser
• El recorte, se pega con un rodillo al objeto 3D que se va formando.
• El material no utilizado se enrolla en una segunda bobina.
• La plataforma baja para recibir una nueva hoja, al que se la hará el recorte y así sucesivamente.
VENTAJAS DE LOS MÉTODOS LAMINARES
• Posibilidad de utilizar diferentes materiales, en general, disponibles y conocidos. Papel, papel de aluminio, polímeros, etc.
• Excelente resolución. Superficies grandes.
• Rapidez.
¿Este proceso se puede replicar manualmente y fácilmente en un aula?;
¿Por ejemplo con una resma de papel?
• Utilizar guías de posicionamiento en la resma, para posicionar las hojas después de haber sido recortadas. Por ejemplo con un hilo a través de 4 agujeros transversales que pasen por el elemento común de la pieza a generar.
• Imprimir cada hoja, con la capa que le corresponde.
• No perder el orden de las hojas. (¿Numerar cada una de las hojas?)
• Dividir las hojas entre los alumnos de una clase. (en forma ordenada)
• Que todos recorten varias hojas.
• Reunir los recortes en forma ordenada y sucesivamente, utilizando el elemento guía.
VENTAJAS DE LA IMPRESIÓN 3D - REVOLUCIÓN
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QUIEN NO QUIERE PENSAR ES UN FANÁTICO; QUIEN NO PUEDE PENSAR ES UN IDIOTA; QUIEN NO OSA PENSAR ES UN COBARDE. FRANCIS BACON |
La impresión 3D, un tema para pensar.
Revolución, ¿No suena exagerado?
Sí, suena exagerado, pero algo resuena; Hay elementos que se conjugan en una forma particularmente interesante. Veamos algunos puntos destacados:
• Es una tecnología cada vez más accesible. Es una tecnología fácil de entender porque su principio de funcionamiento es sencillo.
• Genera resultados visibles, concretos, su utilidad se comprende rápidamente.
• Entusiasma, sus resultados se ven rápidamente. “¿Qué vas a hacer qué…?”; “Ah, esto… ¿Lo imprimiste?”; “Uh, que lindo… ¿Y qué más podrías hacer?”; “Yo le cambiaría esto…”; “Yo haría esto…”; “Ya lo hiciste tan rápido…”.
• Acorta la distancia entre la imaginación y la concreción: “Imagino; diseño; dibujo; imprimo”; lo convierto en una realidad. Veo algo concreto en mis manos en relativamente muy poco tiempo. (Aún cuando la impresión no sea perfecta…)
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ME DETENGO ACÁ: PERMITE VER EL GAP, LA DIFERENCIA, ENTRE IMAGINACIÓN Y LA CONCRECIÓN EN POCO TIEMPO. EN MENOR TIEMPO CORROBORO SI LO QUE PIENSO E IMAGINO ES POSIBLE, SI ES POSIBLE, ME PERMITE CAMBIAR REALIDADES, SI NO ES POSIBLE SIGO PENSANDO, SIGO IMAGINANDO, SIGO PENSANDO, SIGO IMAGINANDO..., VUELVO A PROBAR. |
Al acortar la distancia entre imaginación y concreción genera esta sensación de posibilidad; genera esa confianza que se necesita para que las ideas se puedan concretar. El prototipado termina siendo más accesible, hay más gente capaz de realizarlo. Esto permite que las ideas, no queden en ideas, sino que se transformen en algo tangible.
• Mejora la comunicación, porque las ideas que se puedan volcar a impresiones y prototipos son más fáciles de transmitir, son más concretas, son más fáciles de entender. Por ejemplo en la visualización de proyectos de arquitectura.
• Es una buena tecnología auxiliar. Porque aún cuando en la fabricación de los productos se utilicen otras tecnologías. El prototipado en 3D puede servir en etapas preliminares. Por ejemplo para su utilización previa en estudios de mercado.
