Fabricación Aditiva 4.0: Técnica FDM

Las técnicas descritas en artículos anteriores han estado centradas en el desarrollo de la fabricación aditiva mediante el uso de metales y técnicas tecnológicamente complejas para obtener piezas con geometrías difíciles. En esta ocasión veremos que esas técnicas avanzadas también pueden aplicarse a otro material en concreto: los polímeros.

Los procesos son relativamente análogos, los resultados son similares y la aplicabilidad sectorial también es muy parecida. Sin embargo, mostraremos no sólo las características principales, sino también las ventajas de utilizar una técnica específica de fabricación de aditivos de polímeros – Modelado de Deposición Fusionada (FDM)

Al igual que las técnicas previamente enumeradas en los artículos sobre fabricación aditiva metálica, esta técnica también permite la creación de piezas geométricamente complejas con resultados verdaderamente sorprendentes.

Historia

Esta técnica de fabricación aditiva ha estado en el mercado durante algunos años, pero últimamente ha cobrado cierta importancia debido al potencial que puede alcanzar y al hecho de que se considera una de las técnicas más fáciles de implementar.

Esta técnica, conocida por el término inglés «Fused Deposition Modeling» fue desarrollada y diseñada por S. Scott Crump a finales de los 80 y comercializada desde principios de los 90.

Proceso

El proceso, como se mencionó anteriormente, es relativamente sencillo, requiriendo sólo tres elementos cruciales: 1) una cama de impresión en la que se imprime la pieza; 2) una bobina de filamentos para servir como material de impresión; 3) un extrusor

Detallando el proceso de una manera más concreta:

1. A través de su propio software, el diseño de la pieza se hace en el ordenador – modelo 3D de la pieza
2. El material de modelado termoplástico comienza el proceso de calentamiento controlado hasta que alcanza un estado semilíquido.
3. El extrusor diseña e idealiza el modelo final capa a capa
4. Se retiran los soportes y comienza el proceso de post-procesamiento
5. Modelo terminado

Compatibilidades

La impresión en 3D a través del Modelado de Deposición Fusionada (FDM) tiene una amplia compatibilidad con varios polímeros termoplásticos, como el PLA (poliácido láctico), el ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), el policarbonato, como el PET (polietileno tereftalato), el Nylon y el ULTEM (aleación plástica para uso aeronáutico).

Ventajas y Desventajas

Esta técnica tiene algunas ventajas como son el uso de materiales estandarizados y extremadamente duraderos, la estabilidad de sus propiedades mecánicas, la calidad de la pieza y el coste relativamente bajo en comparación con otras técnicas. Sin embargo, tiene también ciertos aspectos no tan positivos como son la producción de volúmenes reducidos y la precisión de las piezas un poco más limitada.

Rendimiento y Aplicaciones

Debido a ser una técnica relativamente más barata que otras técnicas de fabricación aditiva, más fácil de manejar y con una rapidez de respuesta a las necesidades identificadas más alta (normalmente la pieza entre el proceso de creación digital y su finalización tarda unos 4 días, y en este caso podrían reducirse a 48 horas dependiendo del tamaño de la pieza y de la cantidad de producción), tiene aplicaciones en diferentes campos y sectores – aeroespacial (mencionado anteriormente), automoción o arquitectura.

FDM en el Basque Digital Innovation Hub

Desde el Basque Digital Innovation Hub, su miembro TECNALIA, pone a disposición de la industria vasca un Centro de Desarrollo de Tecnologías Aditivas para Plásticos y Composites, El Centro dispone de las capacidades para desarrollar o reformular nuevos aglutinantes y resinas termoplásticas a) aptos para ser procesados mediante tecnologías aditivas del tipo FDM (filamento o extrusión directa) o b) para cumplir nuevos requerimientos (mecánicos, resistencia al fuego, eléctricos, etc.), nuevos procesos aditivos para el preformado de composites con fibra continua. Los servicios ofrecidos por el activo incluyen diseño, optimización topológica y validación de componentes y utillajes, integración de función eléctrica / electrónica; la reformulación y desarrollo de nuevos materiales para obtener mejores o nuevas prestaciones con procesos aditivos; los tratamientos superficiales y de infiltración de resinas para mejorar las prestaciones de las piezas o utillajes y el desarrollo de tecnologías de fabricación aditiva de preformas.

Otro de los miembros del nodo de Fabricación Aditiva del BDIH, GAIKER, cuenta con una Unidad de Fabricación de Filamentos de Impresión 3D, que permite la fabricación y adaptación de compuestos termoplásticos para impresión 3D en forma de filamentos de 1,75 mm y 2,85 mm de diámetro y pellets/micro pellets. Los servicios ofrecidos utilizando esta unidad, incluyen la formulación a medida de  los pellets y filamentos; la adaptación de compuestos termoplásticos en filamentos de impresión 3D; la definición de las fichas técnicas de producto y de proceso; la determinación de la composición cualitativa y cuantitativa de materiales de impresión 3D; el diseño y obtención de modelos, piezas, insertos y utillajes mediante impresión 3D con esta tecnología; el estudio de la toxicidad in vitro en modelos ex vivo (tracto digestivo, pulmón, corazón, cerebro…) de emisiones de nanopartículas recogidas in situ en procesos de impresión 3D; la elaboración de protocolos; la evaluación de la sostenibilidad del proceso de fabricación aditiva mediante metodologías de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), medioambiental y económico y el ajuste óptimo de los parámetros de proceso y caracterización química, morfológica, física, microestructural, mecánica y de comportamiento al fuego según estándares.

También la UPV/EHU cuenta con un Sistema FDM para Fabricación Aditiva SST1200es y SST768. Los servicios ofrecidos por el activo son la caracterización de propiedades mecánicas de prototipos/piezas funcionales fabricadas mediante FDM; el análisis comparativo del proceso FDM frente a otros procesos de FA; la caracterización de propiedades mecánicas, material aportado, capacidades del proceso y requisitos; fabricación aditiva de componentes mediante FDM, incluyendo prototipos y piezas; formación a medida en la tecnología FDM, aplicaciones, equipos, programación, estrategias, manejo y gestión de material y retirada de soportes y aplicación de criterios de optimización (topológica, estructural, térmica) en el diseño de componentes objetivo.

Estas soluciones presentadas muestran cómo el nodo de fabricación aditiva del BDIH permite a las empresas vascas incorporar nuevos modelos, conceptos y técnicas en la forma de producir sus piezas y sus productos.

Si te interesa ahondar en lo que ofrece el nodo, sigue esta serie de artículos sobre Fabricación aditiva 4.0 donde te contamos en detalle cuáles son sus capacidades, activos y servicios de un modo práctico y cercano.

Y ponte en contacto con el BDIH para averiguar cómo podemos acercar tu empresa a las soluciones que más te interesen.