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FABRICACIÓN ADITIVA CON MATERIALES LÍQUIDOS






El tiempo de producción, por lo tanto, depende del volumen que se aplicará al componente. La forma geométrica de las capas individuales tiene una influencia menor. Esto da como resultado una mayor libertad de diseño, sin incurrir en tiempo y costos adicionales a través de pasos adicionales, como el mecanizado.
Este proceso es particularmente adecuado para la producción de componentes geométricamente complejos, como las estructuras biónicas. El proceso desde el archivo CAD hasta el componente terminado es en gran parte automatizado. De esta manera, los modelos iniciales de componentes se pueden producir de manera rápida y rentable. Éstas y muchas otras ventajas han llevado a que la fabricación aditiva se establezca en muchas aplicaciones industriales. En particular, los procesos basados en polvo (como la sinterización por láser selectiva) y los procesos de fusión (como el modelado de capas fundidas) se utilizan, por ejemplo, para la producción de prototipos, y también para componentes estándar.
En contraste, los procesos de fabricación aditiva se basan en la extrusión de líquidos. Esta área todavía está en su infancia pero actualmente se está desarrollando rápidamente. En particular, una gran cantidad de nuevos materiales para la impresión 3D crea un gran potencial de aplicación para esta tecnología. Estos incluyen, por ejemplo, silicona, resinas o pastas metálicas.
Analizmosa las tecnologías existentes para la fabricación aditiva de componentes a partir de materiales líquidos. Se presentan las ventajas y desventajas de los procesos individuales, así como los diferentes parámetros de control para cada proceso para cambiar la cantidad aplicada.
Métodos para la producción de aditivos con líquidos y pastas:
Unidad de dosificación neumática
Gota a demanda (Valvula-Jet)
Principio de pistón sin fin
Unidad de dosificación neumática
Con el dispositivo de dosificación neumática (método de presión-tiempo), un recipiente se pone bajo una presión definida. El líquido es expulsado de la salida de material por una fuerza de presión aplicada al pistón.
El parámetro de control para este sistema es la presión aplicada al líquido. Debido a las fluctuaciones de temperatura o las propiedades tixotrópicas del fluido, la viscosidad puede cambiar repentinamente. Esta diferencia de viscosidad, para la misma presión, da como resultado diferentes cantidades de fluido aplicado.
Por lo tanto, el sistema no se distingue por la estabilidad del proceso y no tiene una alta precisión de repetición.
Las condiciones del proceso de fluctuación (por ejemplo, temperatura o humedad) requieren un procedimiento de calibración diario. Además, con este método no es posible el retorno de material deseado (“Retracción”) en la impresión 3D, ya que la presión sobre el fluido sólo puede reducirse y esto no conduce a un flujo inverso del material.
Sin embargo, la implementación de este sistema es muy rentable, ya que es muy simple con pocos componentes y sin mecanismos complejos. Además, el peso del cabezal de impresión es bajo en comparación con otros cabezales.
El espesor mínimo alcanzable de la capa depende de la aguja a la salida del material y puede ser de >0.2 mm en condiciones ideales.
Gota a demanda (Valvula-Jet)
Este sistema utiliza una válvula de chorro para aplicar el líquido. Similar a la tecnología de una impresora de inyección de tinta, produce gotas muy finas que se inyectan en la plataforma de un edificio. Hay un espacio de aire entre la válvula y la plataforma del edificio, por lo que no hay contacto entre la plataforma y la válvula. Los parámetros de control para la aplicación de material son el número de gotas por unidad de tiempo y el tamaño de las gotas. La tecnología “BubbleJet” o “piezo” se usa generalmente para generar las gotas. En el proceso BubbleJet, una burbuja de vapor local es generada por un elemento de calentamiento, que desplaza el material a través de su cambio volumétrico de tamaño y, por lo tanto, produce una caída.
Con las válvulas piezoeléctricas, el efecto inverso mueve un cilindro que expulsa una gota. La frecuencia de gotas alcanzable es de aproximadamente 23 kHz.Dependiendo de qué fluido se aplique con la válvula de chorro, hay diferentes términos para los procesos:
Uno de los primeros procedimientos con una válvula de chorro es el “Encolado de Binder”. Un aglutinante líquido se coloca en un lecho de polvo. Entre cada capa, una rasqueta se mueve sobre el lecho de polvo y aplica la siguiente capa de polvo al componente y al espacio de ensamblaje. El cabezal de impresión dosifica el aglutinante en los puntos deseados y, por lo tanto, solidifica el polvo. Con este proceso, los componentes se pueden producir a partir de una variedad de materiales en polvo, como almidón, yeso, aluminio y plástico. Si el ligante está teñido, es posible que existan componentes con cualquier gradiente de color. Además, no se requieren estructuras de soporte, ya que el lecho de polvo soporta el componente. Algunos materiales requieren un tratamiento posterior en el horno (sinterización) para lograr una mayor resistencia.
Otro sistema es el proceso “PolyJet” (“Material a chorro”). En lugar del aglutinante, se utiliza un polímero fotosensible. El componente está compuesto por el polímero, que se inyecta directamente sobre el lecho de impresión. Por lo tanto, no se requiere polvo como en la inyección de aglomerante. Cada capa aplicada debe ser curada con luz UV.
Un proceso recientemente desarrollado permite la inyección de siliconas y, por lo tanto, la producción de componentes de silicona utilizando el principio de caída bajo demanda. Al igual que con el proceso PolyJet, el componente se cura con luz UV después de cada capa.
Una gran ventaja de los cabezales de impresión de chorro es su alta resolución, que está vinculada al tamaño de las gotas. Esto permite que se alcancen espesores de capa mínimos de hasta 16 µm con materiales de baja viscosidad. El resultado es una calidad de superficie muy alta en la que el efecto de capa es apenas perceptible. Si se utiliza silicona con una alta viscosidad, la resolución más pequeña posible es actualmente de 0.1 mm.
Durante la generación de las gotas, se introduce una alta entrada de energía local en el fluido. La fuerza de corte resultante puede ser perjudicial para algunos materiales. Todos los sistemas basados en una válvula de chorro tienen una desventaja: el fluido debe ajustarse con precisión al sistema para que la aplicación de gotas funcione como se desea. Esto significa que no se pueden usar materiales estándar, pero se deben procesar fluidos especialmente adaptados. Estos materiales especiales son en su mayoría muy costosos.
Principio de pistón sin fin
La bomba de cavidad progresiva, también conocida como el principio de pistón sin fin, es una de las bombas de desplazamiento positivo giratorio.
El sistema consiste en un rotor que está construido como una rosca redonda con un gran paso y una gran profundidad. El estator elástico tiene el doble de rosca y el doble de la longitud de paso del rotor. Esta geometría da como resultado cavidades cerradas con el mismo volumen definido entre el rotor y el estator, que son empujados hacia adelante por el movimiento del rotor. Gracias a las cavidades cerradas, la bomba se sella automáticamente y, por lo tanto, no es necesaria una válvula en la entrada y la salida. La salida del material es volumétrica y directamente proporcional al ángulo de rotación del rotor.
Al combinar dos bombas, también se pueden procesar materiales de dos componentes. Ambos materiales se bombean en un mezclador estático y se mezclan. La proporción de mezcla se puede seleccionar libremente y se puede ajustar durante el proceso de producción.
En comparación con los otros cabezales de impresión, el diseño del estator y el rotor da como resultado un diseño relativamente largo. En contraste con el sistema de presión de tiempo, los
requisitos de alta calidad impuestos a los componentes de la bomba de cavidad progresiva incurren en costos relativamente altos, que, sin embargo, siguen siendo inferiores a los de un sistema de caída bajo demanda.
Al transportar el fluido en las cavidades, se generan fuerzas de corte muy bajas, por lo que el sistema también es adecuado para medios sensibles al corte. Un punto esencial en la fabricación aditiva es la retracción del material (“Retracción”). La dirección de rotación del tornillo se invierte y el material se devuelve a la bomba. Esto crea un salto de hilo definido. Por lo tanto, se evita el goteo no deseado de material.
Otra ventaja importante es la variedad de materiales que se pueden procesar con este principio. Estos incluyen fluidos de muy baja viscosidad, líquidos con un alto contenido de relleno, materiales sensibles a la temperatura y fluidos abrasivos. Ejemplos concretos ya en uso son siliconas, poliuretanos, resinas epoxi y cerámica.
Gracias a la geometría especial del rotor y el estator, la entrega del fluido es libre de pulsaciones, lo que conduce a un ancho constante de las líneas generadas y un contorno exterior uniforme.
Debido a la dosificación volumétrica, la adaptación a diferentes diámetros de boquilla es muy fácil. El diámetro interior más pequeño de las boquillas es actualmente de 0.2 mm. Por lo tanto, se pueden lograr espesores de capa de <0.2 mm.
Resumen
Finalmente, hay que decir que los diversos procesos para la fabricación aditiva con líquidos tienen diferentes ventajas y desventajas. Depende de las propiedades requeridas del componente en cuanto a qué proceso es el más adecuado.
Un sistema de presión de tiempo puede ser la solución más eficiente para aplicar líquidos al lecho de impresión con bajas viscosidades y menores demandas de calidad de los componentes.
Los sistemas de demanda bajo demanda son particularmente adecuados si se requiere un alto nivel de detalle.
La ventaja de la bomba de cavidad progresiva es la muy alta precisión de dosificación, el procesamiento de materiales de 2 componentes y la amplia gama de fluidos procesables.




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