El diseño 3D de piezas, productos y componentes para fabricar de forma aditiva por medio de impresoras 3D es un método, una ciencia y una habilidad que se aleja de los métodos tradicionales.
Para todo ingeniero el modo de diseñar cualquier cosa, depende de cómo va a ser fabricado, y por ello, los métodos de fabricación tienen un gran impacto en el diseño inicial. Las piezas y componentes deben ajustarse a las limitaciones y aprovechar los puntos fuertes de aquellos procesos de fabricación escogidos.
Por ejemplo, si necesitáramos fabricar 400.000 engranajes de ABS para un electrodoméstico, la manera más rentables de hacerlo sería mediante moldeo por inyección. Diseñaríamos la pieza teniendo en cuenta los ángulos de desmoldeo, las entradas de alimentación y otros factores que nos permitan optimizar el molde. Este sería un proceso de diseño para fabricación tradicional, donde se trata de optimizar un producto para crearlo más barato, sencillo y rápido en función del tipo de fabricación escogido para ese producto.
Del mismo modo, el diseño para imprimir en 3D, es ua serie de principios en los que el diseño de un producto se optimiza para crearlo de la manera más fácil, robusta y optimizada en función de las restricciones y puntos fuertes que nos ofrece la fabricación aditiva (impresión 3D).
¿Qué tiene de especial la fabricación aditiva?
Principalmente las tecnologías basadas en fabricación aditiva nos permiten una gran libertad a la hora de crear nuestro diseño, ya que no nos vemos limitados por la necesidad de pensar en los procesos de fabricación tradicional. Existen una serie de atributos que caracterizan a las piezas y conjuntos diseñados para fabricarse por impresión 3D, como:
- Celosías internas, rellenos sólidos o parcialmente sólidos, rellenos en estructuras poligonales…
- Optimización topológica, con formas geométricas súper complejas
- Diseños que permiten multimaterial
- Consolidado de múltiples piezas
- La personalización única y exclusiva de cada diseño
Lógicamente, estos atributos nos permiten una serie de ventajas frente a la fabricación tradicional. No sólo a la hora de crear y fabricar la pieza, sino en la aplicación final. Para dos piezas del mismo volumen, podemos generar una serie de optimizaciones internas que permitan aligerar y reducir la cantidad de material utilizado sin perder resistencia a la fractura.
No son pocas las empresas que llevan incluyendo sus diseños de piezas optimizadas topológicamente para sustituir piezas fabricadas por el método tradicional por otra impresas para aligerar partes de aviones, trenes o incluso piezas que sirven para verificar y montar partes de coches. Airbus, General Motors, Mini, entre otras van a la vanguardia en el uso de la impresión 3D para sus productos.
¿Cómo diseño para imprimir en 3D?
Se pueden definir tres puntos principales a tener en cuenta para controlar el diseño 3D que nos permita fabricarlas por métodos aditivos:
- Tener conocimientos de los procesos y materiales asociados a la FA.
- Conocer las herramientas de diseño 3D (principalmente software)
- Saber interpretar los posibles problemas de la fabricación tradicional para adecuarlos a los de fabricación aditiva.
Es decir, en primer lugar, existen un amplio abanico de procesos y tecnologías basadas en impresión 3D, desde la extrusión de hilo, pasando por la estereolitografía hasta el sinterizado de polvo, entre otras. Además, cada vez aparecen más tecnologías con capacidades y nuevas características que las hacen únicas.
En segundo lugar, para diseñar se requiere comprender los tipos de materiales disponibles para la FA, en el mercado existen ya multitud de poliamidas, metales, composites cerámicos, e incluso chocolate. Y cada tipo de material requiere de unas condiciones y tecnología de impresión diferente.
En tercer lugar, las herramientas que se utilizan para diseñar requieren de un software que permita modelar en 3D la pieza o producto. Estos tipos de programas, son necesarios no solo para crear la pieza, sino para poder optimizarla topológicamente y simularla en función a las propiedades del material y las cargas a las que va a estar sometida. Y además por la necesidad de crear una malla que luego te permita exportarla a un software de laminado.
Estos software de laminado, llamados también «Slicers» te permiten acabar de optimizar la pieza en función a grosores de capa, soportes, rellenos, materiales y una multitud de parámetros que terminarán por darle la receta óptima a nuestro diseño.
¿La fabricación aditiva se adecúa a tu producto?
La eterna promesa de piezas más ligeras, más resistentes y de mejor rendimiento que utilizan menos materia prima y menos herramientas para producir, es el atractivo de la fabricación aditiva, pero no es ideal para todo, ni la panacea de la fabricación. Hoy en día, los principales usos de la fabricación aditiva son:
- Herramientas, plantillas y accesorios para la fabricación.
- Implantes dentales y alineadores transparentes
- Componentes metálicos en conjuntos aeroespaciales y de cohetes
- Dispositivos médicos personalizados y modelos médicos
- Piezas personalizadas para la industria
- Prototipos y prototipos funcionales
Los principales fuertes de la fabricación aditiva es la facilidad de personalización de las piezas. Debido a que el diseño es un proceso desde el archivo digital hasta la fabricación sin herramientas, moldes o muchos equipos configurados, las personalizaciones son rápidas y sencillas. Es decir, en piezas y productos personalizados, únicos y de cantidad limitada.
No es una tecnología que se utilice para la producción en masa de piezas porque el proceso de impresión suele ser más lento que los métodos de fabricación tradicionales.
Otro punto a considerar al abordar el diseño para la fabricación aditiva es si la pieza del resultado final crea una ventaja suficiente sobre la pieza original para justificar el tiempo y los gastos de la fabricación aditiva.
Además ayuda a los diseñadores e ingenieros a tomar decisiones de diseño para optimizar piezas y productos. Pero, eso si, para dominar esta nuevo método, hay que familiarizarse con las tecnologías y materiales para fabricación aditiva existentes, y aprender a pensar de manera diferente sobre cómo se fabrican las cosas.
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Si tienes una idea que quieres llevar a la realidad y crees que el proceso de fabricación aditiva te puede ayudar, no dudes en ponerte en contacto conmigo para poder ayudarte, o resolver cualquier duda.
