Tema 5.3 Fabricación aditiva PDF

1. Introducción Clasificación de los procesos de Fabricación Moldeo y Fundición Permiten modificar la geometría, las propiedades Deformación Plástica y el aspecto del material de CONFORMADO...

1. Introducción Clasificación de los procesos de Fabricación Moldeo y Fundición Permiten modificar la geometría, las propiedades Deformación Plástica y el aspecto del material de CONFORMADO Mecanizado trabajo MEJORA DE Otros procesos de conformado PROCESADO PROPIEDADES Tratamientos Térmicos PROCESADO DE SUPERFICIES Limpieza y Tratamiento Superficial PROCESOS DE Recubrimiento y Deposición FABRICACIÓN Soldadura UNIONES PERMANENTES Pegado por Adhesivos ENSAMBLES Permiten unir componentes Fijaciones Permanentes UNIONES para crear nueva entidad Fijaciones Roscadas MECÁNICAS 3 1. Introducción Tecnologías emergentes en 2015 4 1. Introducción Tecnologías emergentes en 2018 5 1. Introducción DEFINICIÓN Fabricación Aditiva: Proceso de unión de materiales para fabricar piezas u objetos a partir de datos de modelos 3D, generalmente capa a capa, en oposición a métodos de fabricación mediante eliminación de material y de conformado. (UNE-EN ISO/ASTM 52900, 2015) 6 1. Introducción A Tale of Two Brackets: An example of a geometrically optimized bracket (bottom) that weighs 30 percent less than the standard version, but achieves the same level of performance. Credit: GE 7 1. Introducción 8 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Clasificación de los procesos de fabricación aditiva: Proyección de aglutinante Se emplea un adhesivo para unir material en polvo Deposición de energía Se emplea una fuente de energía térmica para unir material en focalizada polvo a medida que se deposita Se funde hilo sólido y se deposita por capas siguiendo una Extrusión de material trayectoria 2D Se depositan gotas de material líquido (fotopolímeros y ceras) por Proyección de material capas Una fuente térmica funde selectivamente por capas ciertas zonas Fusión de lecho de polvo de un lecho de polvo Laminado de hojas La pieza se forma al unir láminas cortadas con su contorno Una fuente térmica funde selectivamente por capas ciertas zonas Fotopolimerización de un lecho líquido (fotopolímero) 9 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Proyección de aglutinante – Binder Jetting (BJ) Material en polvo que se une por inyección de un material aglutinante. El polvo puede ser metálico o arena. Usado para crear piezas metálicas de bajo coste y moldes de arena para fundición.  Permite fabricar piezas de gran tamaño y con colores.  Mala precisión dimensional y pobres características mecánicas. Tecnologías principales: Binder Jetting (BJ) 10 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Deposición de energía focalizada – Direct Energy Deposition (DED) Se emplea una fuente de energía térmica para fundir material a medida que se deposita. El material suele ser polvo metálico, aunque también se suministra en forma de alambres. Usado en industria aeroespacial y en mantenimiento.  Piezas de gran tamaño (1 - 5 m). Buenas propiedades mecánicas. Reparación de piezas metálicas.  Mala precisión dimensional → necesita mecanizado posterior. Alto coste. Tecnologías principales: Fusión con laser: Laser Engineering Net Shape (LENS) Fusión con plasma: Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM) 11 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Extrusión de material – Material Extrusion Se funde un filamento sólido y se deposita por capas siguiendo una trayectoria 2D. El hilo es de material termoplástico (PLA, ABS, Nylon, PETG, etc.). Usado para prototipado rápido y fabricación rápida de bajo coste. Es el proceso más popular a nivel de usuario. Usado en las impresoras 3D convencionales.  Bajo coste. Tiempos de producción cortos.  Poca precisión dimensional y pobres acabados superficiales. Tecnologías principales: Fused Deposition Modeling (FDM) 12 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Proyección de material – Material Jetting Se depositan gotas de material fotopolímero líquido por capas. Se cura y solidifica mediante una luz UV. Gran variedad de resinas fotosensibles con diferentes características: transparencias, colores, elasticidad, resistencia térmica, etc. Usado para prototipado rápido y herramientas sin requerimientos estructurales.  Buenos acabados dimensionales y superficies suaves. Variedad de materiales.  Alto coste. Piezas frágiles. Tecnologías principales: Material Jetting (MJ) – Polyjet Nanoparticle Jetting (NPJ) Drop On Demand (DOD) 13 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Fusión de lecho de polvo – Powder Bed Fusion Una fuente térmica funde selectivamente por capas ciertas zonas de un lecho de polvo. Polvo metálico o plástico. Usado para crear prototipos y piezas totalmente funcionales.  Excelentes propiedades mecánicas. Geometrías complejas. Variedad de materiales.  Alto coste. Tiempos de producción altos. Tecnologías principales: Multi Jet Fusion (MJF) – Plástico Selective Laser Sintering (SLS) - Plástico Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting (DMLS/SLM) – Metal Electron Beam Melting (EBM) - Metal 14 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Laminado de hojas – Sheet Lamination La pieza se forma al unir láminas que se presionan o pegan sobre las capas previas, y son cortadas por su contorno. Las láminas son de papel o plástico. Usado para crear prototipos o modelos no funcionales.  Proceso muy rápido. No necesita aglutinantes ni productos químicos. Materiales de bajo coste.  Geometrías sencillas. Poca precisión. Malas propiedades mecánicas. Tecnologías principales: Laminated Object Manufacturing (LOM) 15 2. Procesos y tecnologías de fabricación aditiva Fotopolimerización – Vat photopolymerization Una fuente térmica cura selectivamente por capas ciertas zonas de un lecho líquido. El líquido es un polímero fotosensible. Usado para crear prototipos o modelos de gran precisión y detalle. Muy usada. Fue la primera tecnología desarrollada.  Gran precisión y acabado superficial. Acabado semejante a la inyección de plástico.  Se generan soportes. Piezas frágiles. Tecnologías principales: Stereolithography (SLA) Digital Light Processing (DLP) Continuous Digital Light Processing (CDLP) 16 3. Materiales Materiales usuales en fabricación aditiva Fuente: Bourell et al. CIRP Annals - Manufacturing Technology 66 (2017) 659–681 17 4. El proceso de fabricación Etapas de un proceso de fabricación aditiva Fuente: Gibson et al. Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing 18 5. Integración con otros procesos Ejemplo Máquinas de cinco ejes que combinan la creación de piezas metálicas por fabricación aditiva (LENS o SLM) con mecanizado CNC. 19