Lecho en polvo y cabezal de inyección de tinta impresión 3D

La impresión 3D de lecho de polvo y de inyección de tinta, conocida como «inyección de aglomerante» y «polvo que cae», o simplemente «impresión 3D» (3DP), es una tecnología de fabricación rápida de prototipos y aditivos para hacer objetos descritos por datos digitales, como un archivo CAD.

Historia
Esta tecnología se desarrolló por primera vez en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en 1993 y en 1995 Z Corporation obtuvo una licencia exclusiva. El término «Impresión tridimensional» fue registrado por el mismo.

Descripción
Como en muchos otros procesos de fabricación aditiva, la parte a imprimir se construye a partir de muchas secciones delgadas del modelo 3D. Un cabezal de impresión de inyección de tinta se mueve a través de un lecho de polvo, depositando de manera selectiva un material de unión líquido. Una capa delgada de polvo se extiende por la sección completa y el proceso se repite con cada capa adherida a la última.

Cuando se completa el modelo, el polvo sin unir se elimina de forma automática y / o manual en un proceso llamado «desempolvado» y se puede reutilizar hasta cierto punto.

La parte desempolvada podría someterse opcionalmente a diversos infiltrantes u otros tratamientos para producir las propiedades deseadas en la parte final.

Tecnología
En la impresión 3D, las piezas se construyen capa por capa. Los datos 3D (por ejemplo, datos CAD) se utilizan para calcular la geometría que se generará para cada capa individual. En la impresión 3D, una capa de polvo o gránulo se aplica a una mesa de altura ajustable y se pega mediante un aglomerante en los puntos que pertenecen a la pieza de trabajo. Esto es similar a una impresora de inyección de tinta convencional, un cabezal de impresión, que aplica el aglutinante en lugar de tinta. Posteriormente, la tabla se reduce un grosor de una capa y se aplica una nueva capa de polvo. Esto se repite hasta que la pieza de trabajo esté completamente formada, que luego queda completamente oculta por el polvo circundante. Posteriormente, el polvo sobrenadante se devuelve para su uso posterior, la pieza de trabajo se retira de la impresora y se libera de los residuos de polvo.

El principio del proceso es, por lo tanto, similar a la fusión por láser selectiva, en la cual un polvo metálico se funde localmente por un láser.

Materiales
En las implementaciones originales, el almidón y el yeso de yeso llenan el lecho de polvo, y el líquido «aglutinante» es principalmente agua para activar el yeso. El aglutinante también incluye tintes (para impresión en color) y aditivos para ajustar la viscosidad, la tensión superficial y el punto de ebullición para que coincida con las especificaciones del cabezal de impresión. Las piezas de yeso resultantes generalmente carecen de «resistencia verde» y requieren infiltración con cera fundida, pegamento de cianoacrilato, epoxi, etc. antes de la manipulación regular.

Si bien no se emplea necesariamente la tecnología de inyección de tinta convencional, se pueden implementar otras combinaciones de aglutinante de polvo para formar objetos por medios químicos o mecánicos. Las partes resultantes pueden luego someterse a diferentes regímenes de post-procesamiento, tales como infiltración o horneado. Esto se puede hacer, por ejemplo, para eliminar el aglutinante mecánico (por ejemplo, quemándolo) y consolidar el material del núcleo (por ejemplo, mediante fusión), o para formar un material compuesto que combine las propiedades del polvo y el aglutinante. Dependiendo del material, la impresión a todo color puede o no ser una opción. A partir de 2014, los inventores y fabricantes han desarrollado sistemas para formar objetos a partir de arena y carbonato de calcio (formando un mármol sintético), polvo acrílico y cianoacrilato, polvo cerámico y un aglutinante líquido, azúcar y agua (para hacer dulces), etc. Uno de El primer producto disponible comercialmente que incorporó el uso de grafeno fue un compuesto en polvo utilizado en la impresión 3D de cabezales de inyección de tinta de lecho de polvo.

La tecnología de impresión 3D tiene un potencial limitado para variar las propiedades del material en una sola compilación, pero generalmente está limitada por el uso de un material de núcleo común. En los sistemas originales de Z Corporation, las secciones transversales se imprimen típicamente con contornos sólidos (formando una cubierta sólida) y un patrón interior de menor densidad para acelerar la impresión y asegurar la estabilidad dimensional a medida que la pieza se cura.

Caracteristicas
Además del color volumétrico mediante el uso de múltiples cabezales de impresión y la carpeta de color, el proceso de impresión 3D es generalmente más rápido que otras tecnologías de fabricación de aditivos, como la inyección de material de modelado por deposición fundida, que requiere que se deposite el 100% del material de soporte y la composición deseada con la resolución deseada . En la impresión 3D, la mayor parte de cada capa impresa, independientemente de la complejidad, se deposita mediante el mismo proceso de propagación rápida.

Al igual que con otras tecnologías de lecho de polvo, generalmente no se requieren estructuras de soporte porque el polvo suelto admite características sobresalientes y objetos apilados o suspendidos. La eliminación de las estructuras de soporte impresas puede reducir el tiempo de construcción y el uso de materiales y simplificar tanto el equipo como el procesamiento posterior. Sin embargo, el desempolvado en sí puede ser una tarea delicada, complicada y que requiere mucho tiempo. Por lo tanto, algunas máquinas automatizan el desempolvado y el reciclaje del polvo en la medida de lo posible. Dado que todo el volumen de construcción está lleno de polvo, al igual que con la estereolitografía, los medios para evacuar una parte hueca deben incluirse en el diseño.

Al igual que otros procesos de lecho de polvo, el acabado y la precisión de la superficie, la densidad del objeto y, según el material y el proceso, la resistencia de la pieza puede ser inferior a tecnologías como la estereolitografía (SLA) o la sinterización con láser selectiva (SLS). Si bien las propiedades dimensionales escalonadas y asimétricas son características de la impresión 3D como la mayoría de los otros procesos de fabricación en capas, los materiales de impresión 3D generalmente se consolidan de tal manera que minimiza la diferencia entre la resolución vertical y en el plano. El proceso también se presta a la rasterización de capas en las resoluciones de destino, un proceso rápido que puede acomodar sólidos de intersección y otros artefactos de datos.

Las impresoras 3D de lecho de polvo y de inyección de tinta generalmente varían en precio desde $ 50,000 a $ 2,000,000, sin embargo, hay un kit de bricolaje aficionado que se vende desde $ 800 para convertir una impresora FDM de consumo en una impresora de inyección de tinta / polvo.

Ventajas y desventajas
Teóricamente, todos los materiales se pueden usar siempre que se puedan pegar al aglutinante. En particular, se pueden procesar alimentos o sustancias sensibles a la temperatura, como medicamentos. Además, es posible utilizar diferentes aglutinantes dentro de una sola pieza para crear áreas con diferentes propiedades mecánicas. Como aglutinante, se pueden utilizar numerosas sustancias, para. Por ejemplo, los basados ​​en agua, resina sintética o células vivas. En principio, los polvos no tienen que ser idénticos en cada capa.

Además, en Binder Jetting, similar a la sinterización por láser, no se necesita material de soporte porque la pieza es transportada por el polvo durante el proceso de producción.

Sin embargo, la impresión 3D no proporciona una pieza de trabajo muy fuerte. Especialmente cuando se utilizan metales como materiales, las piezas de trabajo deben retirarse posteriormente del aglomerante y sinterizarse para garantizar una resistencia suficiente. Esto lleva a la contracción, por lo que la geometría final es difícil de configurar de antemano, pero esto es básicamente manejable con suficiente experiencia.