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Prototipado funcional con impresión 3D en metal

[E-BOOK]

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02 E-BOOK Prototipado funcional con impresión 3D en metal

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etal, Inc.

Los prototipos funcionales son un factor clave en el desarrollo de un producto: ofrecen a los ingenieros la oportunidad de evaluar nuevas ideas y diseños, a la vez que permiten comprobar cómo el producto se comportará en el mundo real.

Y cuando se trata de prototipos funcionales, la impresión en 3D está redefiniendo las reglas de lo que es posible.

Uno de los cambios más importantes que ha hecho posible la impresión 3D está relacionado con la velocidad. Donde los procesos de fabricación tradicionales, como la fundición y la forja, pueden requerir semanas o meses, las impresoras 3D pueden producir piezas en tan sólo días.

Para los fabricantes, eso se traduce en la capacidad de poder crear no solamente uno o dos prototipos para una pieza específica, sino que muchos más. Al crear múltiples prototipos con geometrías ligeramente diferentes entre sí, es posible probarlos simultáneamente y perfeccionar rápidamente el diseño.

Las piezas impresas también pueden ser mucho más complejas que sus homólogas tradicionales, lo que permite a los diseñadores personalizar con precisión las características y geometrías para maximizar el rendimiento de la pieza. Esa complejidad permite el uso de herramientas de diseño generativo para crear geometrías altamente optimizadas e inspiradas de forma orgánica que serían difíciles - o casi imposibles - de fabricar con los métodos tradicionales.

Al haber menos desperdicio de material y no requerir un operario especializado y cualificado, la impresión de prototipos es también menos costosa que la fabricación tradicional.

Introducción00


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¿Por qué no toda empresa imprime prototipos?

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A pesar de los potenciales beneficios que se obtienen con la impresión 3D, la tecnología todavía no se utiliza de forma generalizada para la creación de prototipos funcionales.

Y la razón mayormente tiene que ver con la forma en la que las impresoras de la generación anterior funcionaban.

Aunque inicialmente se promocionó como una tecnología que permitiría imprimir prácticamente cualquier pieza que se necesitara en la propia empresa, las piezas creadas en las primeras impresoras de plástico solían presentar a menudo una resolución deficiente, una gran porosidad y otros defectos.

Aunque las modernas impresoras de plástico pueden producir piezas de alta calidad, muchas de ellas todavía están limitadas a producir prototipos visuales, porque las piezas de plástico sencillamente no pueden soportar las condiciones de carga a las que se someten algunas de ellas.

La falta de acceso a la impresión 3D en metal a precios asequibles ha obligado a los ingenieros de las dos últimas décadas a recurrir a los procesos tradicionales, tales como el fresado, rectificado, la fundición o el mecanizado CNC, para realizar prototipos funcionales.

Sin embargo, esos procesos son costosos, requieren mucho tiempo y exigen la labor de operarios cualificados, lo que constituye una limitación para la creación de prototipos y eficiencia del ciclo de desarrollo de productos.

Hoy en día, sin embargo, ese escenario está cambiando.


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El potencial de la Impresión 3D en Metal

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Desktop Metal™ Studio System™

Esos cambios comenzaron cuando se lanzaron al mercado las primeras impresoras 3D de metal, que utilizaban láser para fundir finas capas de polvo metálico.

Pero al ser lentas y costosas - un millón de dólares o más para los sistemas de impresión e instalaciones especificas - dichos sistemas eran los más idóneos para las aplicaciones en las que se podía justificar un volumen de producción bajo y un alto coste por pieza, como en las industrias aeroespacial y médica.

Para otras aplicaciones, en las que los costes por pieza deben ser inferiores o la producción más rápida, los sistemas basados en láser simplemente no eran rentables.

Sin embargo, con el desarrollo de Studio System™, Desktop Metal está abordando esos problemas y muchos más, haciendo que sea más fácil y económico crear prototipos funcionales.

La tecnología clave e innovadora que respalda el Studio System™ es la Bound Metal Deposition™ (BMD) - un proceso de impresión al estilo del FFF (fabricación por filamento fundido) que calienta y extruye una varilla compuesta por polvo metálico y un aglutinante polimérico, similar al utilizado en el moldeo por inyección de metal (MIM - Metal Injection Moulding).

Combinando la facilidad de la impresión 3D FFF con la metalurgia bien consolidada del MIM, el sistema de impresión 3D de Desktop Metal es capaz de producir rápidamente piezas metálicas de alta

calidad con propiedades metalúrgicas fiables, lo cual lo convierte en un sistema óptimo para la creación de prototipos funcionales. En tan sólo unos días, los usuarios pueden imprimir piezas que de otro modo tardarían semanas o incluso meses utilizando los procesos de fabricación tradicionales, permitiendo transiciones más rápidas desde el diseño a la producción.


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Barras Metal BMD™ Desktop Metal

El diseño del sistema de impresión 3D Studio System™ adecuados para entornos de oficina elimina el uso de polvos a granel y láseres peligrosos, convirtiéndose en una solución integral y fácil de usar para la impresión de piezas metálicas en la propia empresa.

El sistema es capaz de imprimir en 3D una variedad de metales - tales como el acero para herramientas H13, acero de baja aleación 4140, acero inoxidable 316L y acero inoxidable 17- 4PH permitiendo a las empresas crear prototipos funcionales en los mismos materiales que más tarde utilizarán para la fabricación en serie.

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Impresión 3D vs Fabricación Tradicional

[Descripción]


Habitualmente utilizados en una variedad de industrias, los rodetes son un componente esencial en las bombas, que se utilizan para impulsar el fluido a lo largo de los sistemas. El acero inoxidable 316L es un material muy apropiado para los impulsores químicos gracias a su resistencia química y a sus propiedades mecánicas en temperaturas extremas, como las que se encuentran en las bombas criogénicas, de agua salada y de petróleo.

Los rodetes precisan de complejas aletas para optimizar los perfiles de presión en la bomba. La geometría óptima de cada impulsor depende de la viscosidad del fluido y de los requisitos específicos de cada aplicación.

Los prototipos funcionales de los nuevos diseños de rodetes se realizarían tradicionalmente mediante el

mecanizado CNC o por fundición a presión y costarían hasta 5.000$ o más debido a su compleja geometría.

Con Studio System™, el mismo prototipo puede imprimirse por sólo 70$. Al reducir significativamente el coste, los diseñadores pueden probar múltiples variantes de la misma pieza antes de seleccionar la geometría óptima para su fabricación, consiguiendo el mejor resultado posible.

[Industria]

Petróleo y Gas, Química, Sector industrial

[Pieza de Muestra]]

Rodetes

[Ahorro en Coste]

93%Studio System™

70$CNC

1,000$

[Ahorro en Tiempo]

79%Studio System™

3 DíasCNC

2 Semanas

[Beneficios claves con Studio System™]

• Reducción del coste de los prototipos

• Amplitud de variantes de diseño

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[Descripción]


John Zink Hamworthy Combustion es una autoridad mundial en el control de emisiones y pionera en soluciones modernas de Smart Combustion™. Desde sus inicios, JZHC identificó el potencial que la fabricación aditiva podría tener en su industria y decidió rediseñar radicalmente su boquilla de combustible atomizador utilizado en las calderas de propulsión a vapor para que funcionara de manera más eficiente en cuanto al consumo de combustible.

Studio System™ permitió a JZHC crear prototipos funcionales a un coste mucho más bajo y en mucho menos tiempo - días en vez de semanas - en comparación con los métodos tradicionales. Se eligió el acero inoxidable 316L por sus excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas y su resistencia a la corrosión en entornos marinos.

En la actualidad, las mismas boquillas utilizadas para la creación de prototipos se emplean al mismo tiempo que los buques cisterna LNG maniobran en el puerto, logrando una mejora de la eficiencia del combustible de casi el 100% y reduciendo significativamente los costes operativos y el impacto medioambiental de los sistemas.

[Industria]

Energética, Naval, Sector industrial

[Pieza de muestra]

Boquilla de combustible atomizador

[Beneficios clave con Studio System™]

• Sólo se puede fabricar usando la impresión en 3D

• Reducción del coste de los prototipos

[Ahorro en Coste]

88%Studio System™

129$DMLS

1,089$

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[Descripción]


Los diseñadores de palos de golf deben considerar cualquier parámetro, desde el ángulo de la base del palo hasta la forma de la cavidad y el peso del palo, por nombrar sólo algunos de ellos. Además de las características del palo, los diseñadores tienen que considerar la anatomía y las preferencias de cada jugador. Para explorar ese extenso universo de diseño, las pruebas con prototipos funcionales son cruciales.

Tradicionalmente, la creación de estos prototipos comienza con un espacio en blanco - básicamente una forma de palo de golf en bruto - que luego se mecaniza para crear diferentes características. Pero dado que cada prototipo parte de la misma pieza en bruto, las opciones para crear diferentes diseños son limitadas.

Con la fabricación aditiva es posible acceder a opciones de diseño completamente nuevas como por ejemplo, alterando el porcentaje de relleno de un palo para ajustar su distribución de peso. Esta tecnología también abre la puerta a la personalización a gran escala y al uso de herramientas de diseño generativo para optimizar los palos para un jugador de golf en particular.

Aunque los palos de golf se fabrican típicamente por fundición o forja, ambos procesos son prohibitivos para la creación de prototipos debido a los altos costes de puesta en marcha. Utilizando Studio System™, los diseñadores pueden crear y probar una serie de variantes de diseño, lo que en última instancia conduce a un mejor diseño de los palos y a un plazo de lanzamiento al mercado más rápido.

[Industria]

Artículos Deportivos

[Pieza de Muestra]

Palos de golf

[Ahorro en Coste]

94%Studio System™

128$CNC

2,203$


• Amplitud de variantes de diseño• Plazos de entrega más cortos

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[Descripción]


Los pistones para amortiguadores son fundamentalmente bombas de aceite hidráulico. En el corazón de cada pistón se encuentra una válvula de émbolo que dirige el flujo de aceite durante la compresión y la extensión del sistema de suspensión. La geometría de la válvula es uno de los principales parámetros que determinan la respuesta del pistón bajo diferentes condiciones, de forma que la optimización de su diseño es un factor crítico.

Las válvulas de émbolo se fabrican tradicionalmente mediante prensado y sinterizado, lo que da lugar a una serie de limitaciones en el diseño, incluida la orientación de los conductos que controlan el flujo de aceite a través del émbolo.

Studio System™ permite a los ingenieros fabricar una serie de variantes de diseño de la válvula en cuestión de días, lo que agiliza el proceso de diseño y posibilita la exploración de nuevas geometrías, tales como los conductos internos, que sólo pueden fabricarse mediante tecnologías de fabricación aditiva.

[Industria]

Automoción, Transporte

[Pieza de Muestra]

Pistones para amortiguadores

[Ahorro en Coste]

83%Studio System™

41$CNC

245$


• Amplitud de variantes de diseño• Necesidad de Fabricación

Aditiva

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[Descripción]


Un componente clave de todo motor de combustión interno, son los pistones que comprimen la mezcla de aire y combustible que se enciende con una bujía, girando el cigüeñal y accionando el motor. Desde el punto de vista de diseño, los pistones deben ser tanto ligeros para minimizar las cargas extremas que soportan, como lo suficientemente rígidos para soportar la presión generada durante la combustión.

Para crear prototipos funcionales de nuevos diseños de pistones, los fabricantes suelen recurrir al mecanizado CNC, pero las complejas geometrías de los pistones suelen resultar en largos plazos de entrega que ralentizan el proceso de diseño.

Utilizando Studio System™, los ingenieros pueden realizar prototipos funcionales para pruebas en cuestión de días en lugar de semanas, lo que permite una iteración más rápida antes de llegar a la pieza final. Utilizando herramientas de diseño generativo, los ingenieros pueden crear pistones que optimicen tanto la rigidez como el peso, pero que son difíciles, o incluso imposibles de fabricar, con los métodos tradicionales.

[Industria]

Automoción

[Pieza de Muestra]

Cabezal del pistón del motor

[Ahorro en Coste]

52%Studio System™

271$CNC

568$


• Plazos de entrega más cortos• Necesidad de Fabricación

Aditiva


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Desktop Metal, Inc. está acelerando la transformación de la fabricación con soluciones de impresión en 3D de principio a fin.

Fundada en 2015 por expertos pioneros en fabricación avanzada, metalurgia y robótica, la empresa está abordando los retos no resueltos en velocidad, coste y calidad para hacer de la impresión 3D en metal, una herramienta esencial para ingenieros y fabricantes de todo el mundo.

En 2017 fue seleccionaada como una de las 30 empresas Pioneras en Tecnología más prometedoras del mundo por el Foro Económico Mundial y ha sido incluida recientemente en la lista de las 50 empresas más inteligentes del MIT Technology Review. Para más información, visita:www.desktopmetal.com

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