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Impresión 3D comercial: Transición de la era plástica a la era del metal

El metal es el único material que ha demostrado ser un poco más reticente a ser utilizado en fabricación aditiva. Las impresoras 3D industriales están a la altura, pero aún no hemos visto una impresora comercial que pueda crear objetos en metal con la misma facilidad con que lo hace en plástico.

 

¿Queremos imprimir una casa con concreto, una córnea humana con tinta biológica o una pizza con masa, salsa y queso? ¡Hecho! En la actualidad es posible imprimir en 3D prácticamente cualquier cosa a partir de cualquier material.

 

Afortunadamente, hoy ya podemos decir que el metal está realmente incluido dentro de las opciones.

 

Antecedentes

 

La fabricación aditiva con componentes metálicos se viene experimentando y desarrollando desde hace tiempo. Se trata de una tecnología aditiva en la cual se deposita una capa de polvo, en este caso compuesto de una aleación metálica, de unas décimas de milímetro en una cuba que se ha calentado a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del polvo. Seguidamente, un láser CO2 sinteriza el polvo en los puntos seleccionados y hace que las partículas se fusionen y solidifiquen. Al finalizar la impresión se realiza un cepillado manual para eliminar el polvo suelto.

 

Este método es costoso, complicado y requiere estructuras de soporte difíciles de manejar que no se vean distorsionadas por las altas temperaturas del proceso de fabricación.

 

Sin embargo, un grupo de investigadores de la Universidad de Yale cree haber encontrado una manera de hacer que la impresión 3D de objetos metálicos sea más fácil que nunca.

 

¿Cómo funciona?

 

El problema de la impresión de piezas con metal es que este material difícilmente se encuentra en un estado adecuado para una extrusión sencilla. Es decir, los metales no son lo suficientemente maleables como para hacer diferentes formas, algo que es bastante simple de hacer con los plásticos. Para evitar este problema, los investigadores recurrieron a los vidrios metálicos a granel (BMG).

 

BMG es un tipo de material metálico que no exhibe la misma estructura atómica rígida que la mayoría de las aleaciones metálicas. Tienen una región líquida súper enfriada en su perfil termodinámico y pueden sufrir un ablandamiento continuo al calentarse, un fenómeno presente en los termoplásticos, pero no en los metales convencionales. Esto significa que los BMG pueden ablandarse con mayor facilidad que la mayoría de los metales manteniendo las cualidades típicas asociadas con éstos: son fuertes, con altos límites elásticos, resistencia a la fractura y resistencia a la corrosión.

 

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El equipo de Yale se centró en un BMG fácilmente disponible que contiene circonio, titanio, cobre, níquel y berilio. En las mismas condiciones utilizadas para imprimir en 3D con plásticos, los investigadores utilizaron varillas amorfas de 1 mm de diámetro y 700 mm de longitud. Estas varillas pasaron primero por un proceso de extrusión templada a 460° C y una fuerza de extrusión de 10 a 1.000 Newtons para forzar las fibras ablandadas a través de una boquilla de 0,5 mm de diámetro.

 

Los vidrios metálicos se enfrían de un líquido a un sólido, sus átomos se asientan en una disposición aleatoria y no cristalizan como lo hacen los metales tradicionales, propiedad que hace única a la estructura atómica de los BMG. Es decir, sólo luego de que haya ocurrido el proceso de cristalización, para el que es necesario por lo menos un día, se podrá llevar a cabo una nueva extrusión robótica controlada, a 400° C, para crear el objeto deseado sobre una malla de acero inoxidable.

 

Usando este proceso descubrieron que podían imprimir varias piezas de diferentes formas.

 

Estamos frente a un nuevo enfoque de la impresión 3D en el que es posible confeccionar objetos metálicos a través de la fusión de filamentos hechos de BMG.

 

Usos concretos de la impresión 3D con metal

 

El desafío radica en hacer que el proceso de impresión 3D con metales sea más práctico y comercial.

 

En los Países Bajos, por ejemplo, diseñaron e imprimieron aditivamente la primera bicicleta de acero inoxidable totalmente funcional. Un cuadro de bicicleta es una buena prueba para la tecnología debido a la complejidad de las fuerzas involucradas.

 

La compañía encargada de su fabricación ha desarrollado un método innovador mediante la incorporación de brazos robóticos multieje como extrusores en las impresoras 3D. Esto permite que los metales y las resinas se impriman en el aire en cualquier dirección sin la necesidad de estructuras de soporte.

 

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Podemos encontrar también cámaras fotográficas que contienen partes personalizadas impresas en 3D. El proyecto se inspiró en diferentes épocas de diseño como el art nouveau, el modernismo y el digitalismo, y supone una ampliación de los límites de la fabricación aditiva en términos de detalles y grosores de capa.

 

El objetivo de este proyecto de Panasonic y WertelOberfell era ampliar los límites del detalle que puede obtenerse con la impresión 3D, y cómo agregar fuerza, durabilidad y más valor al recubrir las piezas con metales reales como el cobre y el níquel. Los resultados: estructuras realmente delgadas, alrededor de 0,5 mm, lo suficientemente fuertes para ser utilizadas en una cámara en una situación cotidiana.

 

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Además de estos usos experimentales de diseño, un mecánico podría fabricar la pieza necesaria para reparar un automóvil mientras el dueño del coche espera en la tienda. Los constructores y diseñadores podrían imprimir piezas metálicas para proyectos de ingeniería en sus propias fábricas sin necesidad de importarlos o comprarlos a granel. Los diseñadores de accesorios de moda serían capaces de imprimir al instante un modelo de la tienda que se encuentre agotado pero que un cliente haya visto online y lo necesite para antes de lo que tarda el distribuidor en enviarlo.

 

¡Las aplicaciones serían ilimitadas!

 
 

Aquí se puede ver un puente totalmente impreso en 3D con metal. Se estima que estará colocado en Amsterdam en el año 2019.

 

 
 

 
 

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