El posprocesamiento separa la fabricación aditiva de la impresión 3D

El Shelby Cobra impreso en 3D de Oak Ridge National Lab resultó difícil de terminar porque la superficie de la carrocería reforzada con fibra de carbono tenía la textura del hormigón. ORNL

Lo que diferencia a la fabricación aditiva de la impresión 3D son todos los procesos realizados además de la impresión. AM comienza con el diseño de una pieza específicamente para aditivos, seguido de la programación, la optimización del proceso, la impresión de la pieza y, finalmente, el posprocesamiento.

La promesa de una impresora 3D que arrojará piezas terminadas a la manera de la producción en serie no es realista. Las piezas de plástico simples, por ejemplo, pueden requerir pasos de procesamiento posterior, como la eliminación del soporte, y es posible que deban lijarse, pulirse, alisarse con vapor, mecanizarse, rellenarse, pintarse, sellarse, teñirse y ensamblarse.

En el mercado AM, los talleres de trabajo se denominan oficinas de servicios. Esto se debe a que deben ofrecer una variedad de servicios para convertir el concepto de un cliente en realidad. De manera similar, cuando las empresas compran impresoras 3D, generalmente buscan algo más que solo imprimir piezas. Quieren AM.

La impresión de piezas que cumplan con las expectativas requerirá que el personal de una empresa aplique la experiencia del estilo de la oficina de servicios, incluido el posprocesamiento.

Desafíos únicos

Cada proceso aditivo presenta sus propios desafíos. Las piezas de polímero a gran escala, por ejemplo, generalmente requieren un acabado significativo. Se construyen extruyendo y apilando capas de plástico fundido caliente una encima de la otra.

A medida que el plástico se enfría, se encoge alrededor de un 0,5 %. Esto puede parecer menor, pero para una parte de 20 pies de largo equivaldría a aproximadamente 1 pulgada, una inexactitud significativa.

El utillaje es una de las principales aplicaciones de la fabricación aditiva a gran escala. Las piezas recién salidas de la impresora tienen una textura similar a la pana. Deben mecanizarse después de haber sido impresos y enfriados. El mecanizado puede llevar más tiempo que la impresión.

Los prototipos de automóviles o piezas de exhibición reciben acabados de Clase A. El Laboratorio Nacional de Oak Ridge imprimió en 3D una réplica del Shelby Cobra para celebrar el 50 aniversario del icónico auto de carreras. Antes de ser posprocesado, el vehículo se veía genial, pero su superficie era áspera. Con la ayuda de los expertos en acabados de Tru-Design LLC, se desarrolló un proceso para acabar piezas con aditivos de gran escala.

El lijado resultó difícil porque la superficie del material reforzado con fibra de carbono se parecía al concreto. Los primeros intentos de lijado e imprimación funcionaron pero no fueron una solución a largo plazo. Los mejores resultados se obtuvieron al aplicar un relleno en aerosol patentado que permitió lijar y pintar y produjo un acabado de auto de exhibición.

Las máquinas de electroerosión por hilo a menudo se utilizan para el posprocesamiento para separar las piezas metálicas impresas en 3D de sus placas base. Protolabs imprimió esta pieza, que según se informa EDM Tech Center eliminó de su placa base en 56 minutos con un SSG WEDM. EDM Tech Center Inc.

Diferencias de metales

La impresión 3D de piezas metálicas es una historia completamente diferente a la impresión de plástico. La fabricación de filamentos fundidos (FFF), un proceso popular para imprimir piezas de plástico que implica la extrusión de plástico fundido, también se puede utilizar para producir piezas de metal. Las piezas metálicas FFF requieren un procesamiento posterior significativo.

En FFF de metal, la materia prima consiste en un filamento con un aglutinante de plástico o cera fuertemente cargado con polvo de metal. El encuadernador debe retirarse después de la impresión. El proceso de desaglomerado se puede realizar con calor o con un baño ácido.

Después del desaglomerado, la pieza se sinteriza. Durante esta fase se produce una contracción significativa. La buena noticia es que la contracción es predecible, lo que permite la impresión de piezas razonablemente precisas.

Otro proceso para la impresión de metales es el chorro de aglomerante; tiene requisitos de posprocesamiento similares a FFF. La inyección de aglutinante consiste en esparcir una capa de polvo metálico sobre la cual un cabezal de impresora rocía selectivamente un aglutinante en un patrón basado en el diseño de la pieza. Luego, el aglutinante se cura y se extiende otra capa de polvo metálico.

Cuando la pieza está terminada, se debe quitar el polvo que la rodea, un proceso llamado desempolvado (o descascarillado). Luego se sinteriza, lo que también elimina el aglutinante. Finalmente, la pieza se mecaniza y pule.

Una máquina LMD (láser de deposición de metal) está equipada con un láser que funde polvo de metal rociado o alambre para construir piezas capa por capa. Estas piezas suelen necesitar mecanizado después de la impresión para lograr un acabado superficial aceptable.

Las máquinas híbridas, que cuentan con cabezales de deposición y capacidades completas de mecanizado, están disponibles para minimizar el manejo de piezas y acercarse al objetivo de obtener una pieza terminada directamente de la máquina.

LPBF (fusión de lecho de polvo láser) es la forma más frecuente de fabricar piezas de metal. Las capas de polvo se apilan y fusionan con un rayo láser enfocado. Si bien el proceso LPBF imprime piezas sólidas y precisas, aún pueden necesitar procesamiento posterior.

Una vez que se elimina el exceso de polvo de una pieza impresa en 3D, la pieza generalmente debe eliminarse de su placa de construcción. Algunas personas realizan el trabajo con una sierra de cinta, pero la mayoría usa una electroerosionadora de hilo.

Shelby Cobra impreso en 3D. ORNL

Según la aplicación, las piezas se pueden tratar térmicamente o pasar por una prensa isostática en caliente para mejorar la microestructura del material. Algunas superficies de alta tolerancia pueden mecanizarse. Muchas técnicas de pulido, incluido el arenado, pueden mejorar el acabado.

Clave para la producción en serie

Claramente, la fabricación aditiva es mucho más que piezas de impresión 3D. Los pasos de posprocesamiento son tan importantes como el proceso aditivo para hacer realidad la visión que tiene el cliente de una pieza.

La experiencia en posprocesamiento es fundamental para garantizar que esto suceda. También es fundamental para completar la transición de la impresión 3D a la AM en serie.