El posprocesamiento gana importancia a medida que aumenta el número de piezas en 3D

El posprocesamiento eficiente de piezas impresas en 3D adquiere más importancia a medida que aumentan los volúmenes de producción. Imagen: ProtoCAM

Seamos realistas: las piezas que salen de la mayoría de las impresoras 3D son... un poco feas. Hay soportes que quitar, polvo y resina que limpiar, y superficies y características críticas que mecanizar. Sin estas operaciones secundarias, las piezas impresas tienen poco valor.

Como le dirá cualquier diseñador de piezas, la complejidad puede ser gratuita con la fabricación aditiva (AM), pero el posprocesamiento necesario para que su última creación sea funcional y estéticamente agradable tiene un costo significativo.

“Dos tercios de nuestras instalaciones están dedicados a equipos y técnicos de posprocesamiento; sólo un tercio se destina a la impresión real”, dijo Ed Graham, vicepresidente de fabricación aditiva de ProtoCAM, una oficina de servicios en Allentown, Pensilvania. “Y de esos técnicos , la antigüedad promedio es de 15 años. Somos muy afortunados en ese sentido, porque no hay adónde ir si necesitas personas con estas habilidades. Para mí, la impresión es la parte más sencilla de la fabricación aditiva. Lo difícil es el posprocesamiento”.

Una fila difícil de azada

Pero, ¿qué hace que el posprocesamiento sea tan difícil y, en primer lugar, por qué es necesario? Dado que las impresoras láser cuestan más que la mayoría de las máquinas herramienta CNC (y a menudo mucho más), uno pensaría que podrían entregar piezas listas para el mejor momento sin la necesidad de limpieza, granallado, raspado y lijado por parte de personas.

Para responder a esas preguntas, es necesario comprender el proceso de impresión 3D. AM funciona como su nombre indica: añadiendo material gradualmente a una pieza de trabajo, normalmente una capa fina como un papel a la vez. Y así como un edificio de oficinas puede necesitar refuerzos para mantener las paredes y los pisos estables durante la construcción, muchos procesos aditivos también requieren soportes en forma de estructuras en forma de celosía para evitar que la pieza de trabajo en crecimiento se caiga o se deforme durante su producción. Estos soportes deben eliminarse después de la construcción.

El proceso de construcción capa por capa también crea un efecto de escalera en todas las superficies de las piezas no horizontales. Estas capas normalmente requieren cierto nivel de alisado una vez que la pieza ha salido de la cámara, y las superficies funcionales pueden necesitar un mecanizado secundario. Los agujeros, por ejemplo, a menudo requieren escariado o taladrado; las piezas roscadas deben ser roscadas o fresadas; y, dependiendo del tamaño de la pieza de trabajo, su geometría y el tipo de proceso aditivo utilizado, las características con especificaciones dimensionales más estrictas que ±0,005 pulgadas aproximadamente deberán terminarse en un centro de mecanizado CNC, torno, electroerosión o amoladora.

También está la materia prima a considerar. Las piezas extraídas de una impresora 3D de lecho de polvo se parecen a un pastel mal horneado, con trozos de metal o plástico metidos en sus bolsillos y grietas, mientras que las que emergen de la tina de una impresora a base de resina suelen ser un desastre pegajoso. También en este caso, todo este exceso de polvo o resina debe eliminarse de la pieza recién nacida y el material sobrante recuperarse para su uso posterior.

Las piezas metálicas impresas (una razón clave para el importante crecimiento de la fabricación aditiva en los últimos años) deben cortarse de su placa de construcción y luego tratarse térmicamente para eliminar las tensiones internas generadas durante el proceso de impresión. Una vez finalizados los procesos secundarios que acabamos de describir, las piezas suelen pintarse, anodizarse o revestirse, al igual que con los componentes fabricados sustractivamente.

De manera similar, las piezas de polímero se pueden pintar o recubrir, pero a menudo se tiñen en un proceso que se asemeja a colorear huevos de Pascua.

Una pieza de resina antes y después del postprocesamiento.

La necesidad de velocidad

Afortunadamente, las industrias de mecanizado y fabricación llevan siglos posprocesando piezas fabricadas, y prácticamente todos los métodos tradicionales utilizados para ello son igualmente eficaces en componentes impresos en 3D. Pero a medida que la fabricación aditiva pasa de lo que durante mucho tiempo fue una tecnología basada únicamente en prototipos a un proceso de fabricación de piezas de uso final convencional, el desafío es escalar y automatizar estos procesos para respaldar la producción aditiva en masa.

"En este momento hay un cambio real en la industria", dijo Graham. “Si bien podría resultar rentable utilizar mano de obra humana para terminar un prototipo o incluso un par de docenas de piezas, ahora vemos pedidos de 1.000 piezas o más. Es por eso que los métodos de posprocesamiento más eficientes son cada vez más importantes ahora, debido a todo el énfasis reciente en los materiales de uso final, tiempos de impresión más rápidos, sobres de construcción más grandes y, en última instancia, mayores volúmenes de producción. "El posprocesamiento eficiente es más que una necesidad de velocidad, sin embargo. Graham dijo que la reproducibilidad y la consistencia son atributos igualmente importantes difíciles de lograr con el procesamiento manual de piezas.

Esto explica la reciente inversión de ProtoCAM en una máquina automatizada de limpieza de piezas de DyeMansion North America, que ProtoCAM utiliza para posprocesar piezas provenientes de sus impresoras 3D HP MultiJet Fusion.

Basado en datos

Hay sistemas similares disponibles en PostProcess Technologies Inc., Buffalo, NY, que ofrece equipos de eliminación de soporte y acabado de superficies para todos los materiales y tecnologías de impresión impresos en 3D.

El entrenador técnico principal Andy Kottage dijo que el posprocesamiento automatizado y rentable depende de tres elementos: hardware, software y química. Y cada uno se aplica según la combinación única de material y geometría de la pieza.

“Todas nuestras soluciones tienen en cuenta estos elementos, pero la inteligencia necesaria comienza con el software”, explicó. "La fabricación aditiva es un proceso basado en gran medida en datos, y desde el principio nos dimos cuenta de que podíamos utilizar estos datos para gestionar la energía química y mecánica necesaria para posprocesar las piezas, simulando muy de cerca las acciones de un técnico cualificado".

¿Cómo funciona el proceso? Cualquiera que haya conducido su vehículo a través de un túnel de lavado comprendería el enfoque de posproceso, excepto que este túnel de lavado dirige un flujo preciso de abrasivos o productos químicos a cualquier presión y velocidad necesarias para eliminar cada escalón, cada soporte y un poco de polvo. Y lo más importante para los talleres que fabrican piezas por cientos o miles, el sistema está diseñado para la producción en masa automatizada.

PostProcess Tech también tiene una tecnología sumergible en la que se permite que las piezas de trabajo floten libremente dentro de una canasta colocada dentro de un tanque, luego se exponen a energía ultrasónica, calor y química a través de un esquema de bombeo avanzado que ayuda a agitar la pieza y "la hace girar" dentro del baño para una exposición más efectiva, afirmó Kottage. Está diseñado principalmente para productos fabricados con modelado por deposición fundida, PolyJet, estereolitografía y otras impresoras basadas en polímeros.

Al fijar las piezas de trabajo dentro del recipiente, el vibrador giratorio R 150 DL-2 de Rösler proporciona un acabado completo y predecible de muchos componentes impresos en 3D.

Sin ventanilla única

Bernie Kerschbaum, director ejecutivo de Rösler Metal Finishing USA, Battle Creek, Michigan, dijo que el posprocesamiento está lejos de ser una tecnología única para todos.

“Mucha gente llega a la fabricación aditiva preguntándose: 'Bien, ¿cuál es el tipo de método de acabado adecuado para mi pieza?'”, dijo. "El problema es que no existe un método único y, muy a menudo, ni siquiera es un proceso de un solo paso".

Kerschbaum dijo que el enfoque de Rösler para el posprocesamiento no es tan diferente del proceso utilizado para terminar en masa piezas fundidas y forjadas, piezas de plástico moldeadas por inyección, estampados metálicos y componentes mecanizados, productos con los que la empresa con sede en Alemania ha estado lidiando desde 1933. Y al igual que con las piezas fabricadas tradicionalmente, se pueden emplear varios métodos para posprocesar las impresas en 3D, en función de una variedad de factores.

"Realmente no importa cómo se fabricaron las piezas", dijo. “Ya sea aditivo o sustractivo... en realidad no hay mucho más para un posprocesamiento exitoso que encontrar el proceso o la combinación de procesos correctos para lograr el resultado deseado. La experiencia en la resolución de desafíos de acabado de superficies y un buen conocimiento de toda la cadena de producción ayudarán a encontrar la solución más rentable para cualquier pieza”.

Se dice que la máquina DECI de PostProcess Technologies ofrece resultados uniformes y de alta calidad para cada pieza impresa en 3D, independientemente de su geometría.