Una de las mejores cualidades de la impresión 3D como método de fabricación alternativo es que se adapta perfectamente a la mayoría de los procesos automatizados. La impresión 3D puede ejecutarse casi automáticamente durante varias horas y requiere una intervención mínima del operador.
Sin embargo, hay un paso crucial en la impresión 3D que muchos materiales de marketing tienden a subestimar: el procesamiento posterior. Los pasos reales de posprocesamiento variarán según el material de impresión 3D con el que esté trabajando o el propósito de la pieza. En cualquier caso, ser capaz de automatizar el procesamiento posterior sin duda llevará la impresión 3D al siguiente nivel de relevancia en la fabricación.
Por qué es necesario el posprocesamiento
Aquellos que tienen un conocimiento superficial de la impresión 3D pueden pensar que es una especie de máquina mágica. Ejecutas un modelo 3D, esperas a que se imprima y obtienes una pieza completamente terminada. Esto está lejos de la realidad. Casi todos los trabajos de impresión 3D requerirán un trabajo sustancial en el posprocesamiento.
Algunos expertos incluso describirían el posprocesamiento como el «secreto sucio» de la impresión 3D, el paso que se mantiene oculto en la trastienda porque se aparta de la imagen dominante de la tecnología.
La posimpresión es necesaria debido a varios factores. Casi todos los métodos de impresión 3D requerirán el uso de estructuras de soporte, especialmente para modelos muy complejos. Esta es una consecuencia natural del método capa por capa mediante el cual la impresión 3D construye el modelo digital en el espacio del mundo real.
La eliminación de las estructuras de soporte puede requerir mucho trabajo, ya sea que esté imprimiendo con filamento de plástico, resina o metal. Las empresas manufactureras llaman a esto un paso que requiere herramientas. Estas estructuras de soporte deberán ser recortadas y las protuberancias restantes deberán alisarse y pulirse. Este es un trabajo de precisión que generalmente debe hacerse a mano porque el resto de la pieza puede dañarse fácilmente.
En el caso de la impresión con resina, la pieza terminada necesita ser lavada y post-curada. Para la impresión 3D de metal a base de aglutinante, el procesamiento posterior implica el desaglomerado y la sinterización mediante la exposición de la impresión terminada a temperaturas elevadas.
En entornos comerciales, la fase final del procesamiento posterior es la aplicación de un tinte, pintura o una capa transparente para protección. Este es un paso bastante fácil, pero debe hacerse con un alto nivel de consistencia y calidad.
El procesamiento posterior de la impresión 3D es difícil de automatizar debido a su alto nivel de falla probable. En el caso de la eliminación del soporte, puede haber variaciones de un caso a otro que requerirán habilidad y un cierto nivel de juicio. Hacer cualquier cambio de diseño también requerirá que se realicen cambios para el paso de procesamiento posterior. Esto ha demostrado ser lo suficientemente desafiante como para hacer que el procesamiento posterior, el cuello de botella de la impresión 3D, sea un proceso de fabricación legítimo.
Opciones para el posprocesamiento de impresión 3D automatizado
La automatización del posprocesamiento de piezas de impresoras 3D todavía se considera una tecnología no convencional o novedosa. Como tal, no existe un único enfoque o método que se considere un estándar en la industria manufacturera. Estas son algunas de las opciones tecnológicas que existen en este momento.
1. Posprocesamiento impulsado por IA
Por su propia naturaleza, la impresión 3D produce piezas que varían mucho en términos de forma, tamaño y complejidad. Una solución de posprocesamiento adecuada debe poder adaptarse en consecuencia. Con este fin en mente, algunos sistemas de posprocesamiento automatizados utilizan una combinación de sensores, procesamiento de datos e inteligencia artificial.
Este es el enfoque adoptado por la empresa holandesa AM-Flow. AM-Flow, una empresa de fabricación que se centra en los conceptos de Industria 4.0, ha estado desarrollando su tecnología de posprocesamiento automatizado desde 2018 y ahora ofrece un conjunto completo de soluciones integrales para la fabricación digital.
El sistema comienza limpiando piezas impresas en 3D antes de enviarlas al módulo AM-Vision. Este módulo está equipado con diez cámaras que permiten un reconocimiento rápido y automatizado. Luego, la pieza se clasifica y se envía a los departamentos apropiados para un acabado y pintura adicionales. Una de las mejores cosas de esta tecnología es que está impulsada por una IA de autoaprendizaje que acelera el proceso.
2. Suavizado de vapor químico
El suavizado con vapor es una opción de posprocesamiento que se puede hacer en casa, aunque se limita solo al uso de acetona para el ABS. Al menos dos empresas han desarrollado tecnología que utiliza el mismo concepto para una gama más amplia de materiales de impresión 3D.
Additive Manufacturing Technologies, con sede en el Reino Unido, ha formulado el sistema PostPro3D para suavizar el vapor químico. Este proceso ha sido diseñado para trabajar con piezas fabricadas con métodos de impresión 3D basados en extrusión o en polvo y es compatible con materiales de grado de ingeniería como nailon y ULTEM.
Una empresa alemana llamada DyeMansion está adoptando un enfoque similar con su sistema PowerFuse S. Este es un sistema de circuito cerrado que puede suavizar piezas impresas en 3D hechas con polímeros duros o filamentos flexibles como TPU o TPE.
3. Eliminación de soporte
La eliminación de soportes es uno de los principales requisitos del posprocesamiento, especialmente para impresiones con modelos complejos y voladizos. PostProcess Technologies, con sede en EE. UU., ha ideado una forma de automatizar la eliminación de soporte, al menos para las impresiones realizadas a través de FDM.
El enfoque de PostProcess es multifacético. Utilizan una combinación de software impulsado por IA, la aplicación de productos químicos para ayudar a la eliminación del soporte y el acabado a través de chorros de alto flujo. Es un proceso complejo y de varios pasos, pero todo ha sido diseñado para ser completamente automatizado. La plataforma «AUTOMAT3D» es particularmente impresionante ya que su software se puede mejorar continuamente con más «recetas».
4. Eliminación de polvo automatizada
Los procesos de impresión 3D basados en polvo son algunos de los más rápidos en el ámbito de la fabricación aditiva. Sin embargo, tiene un paso crucial de posprocesamiento llamado eliminación de polvo. Esta es la eliminación del exceso de polvo de la pieza terminada, incluidos los que quedan atrapados en sus espacios internos.
Una empresa alemana llamada Solukon ha ideado una forma de automatizar este paso. Su sistema SFM-AT800 utiliza vibraciones controladas a través de una combinación de rotación del eje motorizado y frecuencias de amplio rango para eliminar metódicamente el exceso de polvo de una pieza impresa en 3D. Luego se limpia completamente con aire comprimido. El sistema fue diseñado para piezas a base de polvo hechas de metales como el titanio o el aluminio.
5. Posprocesamiento de varios pasos para piezas metálicas
La impresión 3D con metal puede muy bien ser la última frontera de la fabricación aditiva. Si funciona de manera confiable, la impresión 3D de metal puede volver obsoletos los métodos tradicionales de trabajo del metal, como la fundición y el fresado.
Aunque la impresión 3D de metal tiene requisitos mínimos de herramientas, todavía necesita un procesamiento posterior sustancial. Las piezas metálicas impresas en 3D aún pueden tener soportes que deben quitarse. También está el hecho de que los procesos de impresión 3D de metal a menudo se basan en polvo, lo que significa que las piezas deben desempolvarse y sinterizarse.
La empresa austriaca Hirtenberger Engineered Surfaces (ahora adquirida por Rena) ha presentado el proceso Hirtisation para piezas metálicas impresas en 3D. Este es un proceso de tres pasos que implica la eliminación de las estructuras de soporte, la reducción de la rugosidad de la superficie y el pulido de alto nivel para producir un acabado ultrasuave.
Según la empresa, el proceso de Hirtización es compatible con casi todos los metales y aleaciones metálicas que se utilizan en la impresión 3D y puede acabar con geometrías demasiado complejas para otros métodos automatizados de posprocesamiento.
Rena vende esta tecnología en forma de módulos completamente cerrados e incorporados que pueden acomodar múltiples piezas por ejecución. El tiempo de procesamiento puede variar de 30 minutos a algunas horas, según el tamaño y la complejidad de la pieza. La compañía afirma que los módulos son tan intuitivos que no se necesita capacitación especial para operarlos.
Para ir finalizando
El potencial de la impresión 3D como método de fabricación alternativo es innegable. Nunca antes ha existido una tecnología con un nivel tan alto de libertad de diseño y economía práctica, incluso para pedidos de bajo volumen. Sin embargo, la necesidad de posprocesamiento ha impedido que se integre por completo en los procesos de fabricación automatizados.
Para que la impresión 3D merezca el estatus de Industria 4.0, sus pasos de posprocesamiento deben automatizarse. Algunas empresas ya han comenzado a trabajar en este problema. Está bastante claro que todavía hay mucho margen de mejora en este punto.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.