Muchas personas ahora están familiarizadas con la impresión 3D, pero solo en la forma de un cabezal de impresión en movimiento que extruye filamento fundido. Esto es ideal para un hobby o un negocio a pequeña escala. Sin embargo, también existe una versión industrial de la impresión 3D que funciona con materiales un poco más robustos que el plástico,
La inyección de aglomerante es uno de los métodos más comunes de impresión 3D para aplicaciones que requieren materiales como metales o cerámica. Se reconoce como una de las técnicas de fabricación aditiva de mayor relevancia industrial, especialmente para la producción de alto volumen. ¿Qué es exactamente la inyección de aglomerante y cómo funciona la tecnología?
¿Qué es la inyección de aglomerante?
La inyección de aglutinante es otro método de producción clasificado como fabricación aditiva o impresión 3D. Como tal, el proceso comienza con un modelo 3D que es procesado por una rebanadora y convertido a un programa CNC correspondiente.
Lo que distingue a la inyección de aglutinante es el hecho de que utiliza materia prima en forma de polvo. Este polvo suele estar hecho de metales o cerámica, aunque últimamente se están volviendo más comunes los polvos a base de polímeros. Para crear sólidos grandes a partir de estos polvos, se tratan con un agente aglutinante expulsado de los cabezales de impresión.
Otra característica única de la inyección de aglomerante es que es un método de impresión 3D que no utiliza calor durante el proceso de construcción. Esto le da a la inyección de aglomerante una selección más amplia de materiales utilizables, además de eliminar cualquier estrés térmico de los productos terminados.
La inyección de aglutinante proporciona el mismo conjunto de ventajas de la impresión 3D que un método de fabricación aditiva. Se puede utilizar para recrear cualquier modelo digital y es capaz de reproducir diseños muy complejos con canal interno y características internas. Esto ha demostrado ser revolucionario en la industria de la fabricación de metales, ya que les ha permitido superar las limitaciones de los métodos de fabricación tradicionales como la fundición y la forja.
Por estas razones, muchas empresas consideran que la inyección de aglutinante es la técnica de impresión 3D que puede proporcionar una alternativa más adecuada a la fabricación tradicional de gran volumen. En los últimos años, se han logrado grandes avances en esta tecnología a medida que más industrias reconocen los beneficios de la inyección de aglutinante,
¿Cómo funciona el chorro de aglomerante?
Al igual que con cualquier proceso de impresión 3D, la inyección de aglomerante comienza con un modelo 3D digital. El modelo se divide en rodajas muy finas que se convierten en la base para escribir el código G o el programa CNC. A través de este proceso, todo el proceso de inyección de aglutinante se puede automatizar casi por completo.
En el aspecto físico de las cosas, el polvo en bruto se deposita en una placa de construcción en movimiento. Después de terminar una capa, la placa de construcción se mueve hacia abajo para acomodar una nueva capa de polvo aplicada por un rodillo. El polvo crudo sin procesar permanece en la placa de construcción, brindando soporte mecánico a la impresión.
El agente aglutinante que forma la capa se distribuye mediante una serie de boquillas muy pequeñas. Utiliza el mismo mecanismo que los cabezales de impresión de las impresoras de inyección de tinta estándar, excepto que las boquillas son muy finas. Las gotas del agente aglutinante se depositan estratégicamente sobre el polvo crudo y se difunden casi instantáneamente en los espacios vacíos entre las partículas sólidas.
Después de la impresión, se considera que el proyecto terminado todavía está en un estado ‘verde’. Aunque la impresión debería ser bastante sólida en este punto, todavía no ha alcanzado sus propiedades mecánicas óptimas. Para que esto suceda, tiene que curarse colocándolo dentro de un horno a unos 200 C durante varias horas.
Los objetos fabricados mediante chorro de aglomerante tienden a salir con un gran volumen de espacios vacíos. Estos huecos son muy pequeños pero pueden comprometer la integridad mecánica de la impresión final. Si el objeto debe usarse para aplicaciones de servicio pesado, a menudo debe mejorarse mediante la «infiltración» de metal líquido en sus espacios vacíos. El bronce es el metal más común utilizado para la infiltración.
Pros y contras de la inyección de aglomerante
La transición de muchas empresas de fabricación a la inyección de aglomerante parece indicar que sus beneficios superan sus inconvenientes. Sin embargo, como ocurre con la mayoría de las tecnologías novedosas, el chorro de aglomerante no es un reemplazo perfecto para los métodos más tradicionales.
PROS
Adecuado para la producción por lotes
Las impresoras 3D de chorro de aglutinante industrial pueden tener conjuntos de cabezales de impresión con una gran cantidad de boquillas. Estas boquillas pueden funcionar de forma independiente y distribuir un agente aglutinante en diferentes puntos de la plataforma de construcción.
Esto hace que el chorro de aglomerante sea un método adecuado para la reproducción por lotes de piezas pequeñas. Dentro de la misma tirada, se pueden imprimir en 3D varias copias del mismo modelo. Este beneficio único ha hecho que la inyección de aglomerante sea la tecnología de impresión 3D preferida para la fabricación de alto volumen.
Impresión 3D de alta resolución
Las especificaciones pueden variar de una impresora 3D a otra, pero la inyección de aglutinante suele ofrecer una resolución muy alta. Una impresora típica de inyección de aglutinante puede producir hasta 600 millones de gotas de agente aglutinante cada segundo. Esto es equivalente a una resolución de aproximadamente 1200 ppp. Este nivel de precisión hace posible crear características muy finas y superficies lisas en impresiones realizadas mediante inyección de aglomerante.
Sin necesidad de soportes
El uso de una materia prima en polvo proporciona un beneficio único para la inyección de aglutinante. Dado que el polvo sin procesar permanece en la plataforma de construcción, proporciona soporte mecánico a la impresión a medida que avanza el proyecto. Esto significa que las impresiones de inyección de aglomerante ya no necesitan tener estructuras de soporte. La característica de autosoporte proporciona un mayor grado de libertad de diseño, incluso más que los métodos de impresión 3D basados en filamentos o resinas.
Fabricación sin herramientas
Esto es más un subproducto de los dos beneficios anteriores que hemos enumerado anteriormente. Dado que las impresiones con inyección de aglutinante ya salen con superficies perfectamente lisas, ya no es necesario realizar un alisado posterior a la impresión. Ya no es necesario retirar las estructuras de soporte.
La falta de cualquier requisito de posprocesamiento basado en herramientas para la inyección de aglomerante hace que los proyectos tengan un tiempo de entrega mucho más corto. La industria manufacturera se refiere a la inyección de aglutinante como un «método sin herramientas». El flujo de trabajo simplificado reduce los tiempos de producción, disminuye el manejo de productos ecológicos y ayuda a evitar daños a los productos terminados debido al posprocesamiento basado en herramientas.
Más barato que la impresión 3D basada en láser
En términos de resolución y calidad general, la inyección de aglomerante es comparable a los métodos de impresión 3D basados en láser, como la sinterización selectiva por láser (SLS) y la sinterización directa por láser de metal (DMLS). Estos otros métodos son buenos puntos de comparación porque también permiten la impresión 3D de materiales metálicos.
La ventaja de la inyección de aglutinante es que es más económica que DMLS y SLS debido a que no tiene un láser de alta potencia en su ensamblaje. Las boquillas que liberan el agente aglutinante pueden ser muy finas, pero la tecnología detrás de ellas es casi la misma que tenemos en nuestras impresoras de escritorio.
CONTRAS
Altos costos de capital
La inyección de aglomerante es una tecnología de impresión 3D que está limitada por enormes costos de capital. Por esta razón, las impresoras 3D de inyección de aglomerante rara vez se encuentran fuera de las instalaciones industriales o de investigación. Es probable que las pequeñas empresas, las escuelas y los aficionados tengan que conformarse con métodos de impresión 3D basados en filamentos o resinas.
Mecánicamente inferior
En comparación con los métodos tradicionales de trabajo de metales, la inyección de aglutinante simplemente no se puede comparar en términos de resistencia y durabilidad generales. Esta afirmación es válida incluso en comparación con las tecnologías de impresión 3D basadas en láser, como SLS o DMLS. Esto limita severamente las posibilidades de lo que se puede fabricar usando inyección de aglutinante y lo convierte en un reemplazo menos que perfecto para los métodos de fabricación de metales como la fundición y la forja.
Aplicaciones de inyección de aglomerante
A pesar de los pocos inconvenientes de la inyección de aglomerante, la tecnología sigue siendo lo suficientemente relevante como para que las grandes empresas inviertan en ella. Uno de los esfuerzos más notables en este campo es el sistema de impresión 3D Metal Jet desarrollado por HP. Con su experiencia en el diseño de inyección de tinta, HP pudo introducir innovaciones que redujeron la composición del aglutinante de las impresiones terminadas del 10 % a solo alrededor del 1 %. Esto tiene el potencial de crear impresiones de metal mucho más fuertes después de la sinterización.
El chorro de aglutinante a base de metal se utiliza para la producción económica por lotes de piezas geométricamente complejas. Los ejemplos incluyen piezas de repuesto para equipos industriales, joyería y piezas de diseño de interiores.
La creación de moldes con arena en polvo también ha demostrado ser una de las aplicaciones industrialmente más importantes de la inyección de aglomerante. Aunque los modelos de arena a todo color son excelentes productos independientes, la arena se usa más comúnmente para hacer moldes duraderos y resistentes al calor. La fabricación de moldes de arena mediante inyección de aglutinante es más económica y, en general, más rápida que los métodos habituales utilizados en la fundición.
Para ir finalizando
A medida que la industria de fabricación aditiva hace la transición a la Industria 2.0, las nuevas tecnologías, como la inyección de aglomerante, comienzan a asumir roles más profundos. El chorro de aglutinante ofrece una alternativa convincente a los métodos tradicionales de trabajo con metales. Se automatiza más fácilmente y es capaz de reproducir geometrías muy complejas. El equipo de inyección de aglutinante también ocupa un espacio más pequeño.
Esto no significa que la inyección de aglutinante reemplazará por completo el moldeado, la fundición o la forja. En este momento, los objetos hechos con chorro de aglutinante todavía son demasiado débiles mecánicamente para competir con los trabajos en metal más antiguos. Se están realizando esfuerzos para mejorar la tecnología de inyección de aglutinante con grandes nombres como HP uniéndose a la refriega. Con un interés creciente, es posible que aún veamos que la inyección de aglomerante alcanza su potencial no realizado.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.