Hola, soy Ana Romero Gutiérrez,
profesora de la Universidad de Castilla-La Mancha
y en esta vídeo clase vamos a hablar
de la fabricación aditiva por extrusión de filamento fundido.
La fabricación aditiva es una metodología
para crear objetos tridimensionales añadiendo material capa a capa
hasta obtener la geometría final.
Y una de sus ventajas principales es que no tiene limitación
en la complejidad geométrica del diseño que queremos producir.
Podemos fabricar cualquier diseño, cualquier estructura interna
y cualquier geometría que nos imaginemos
o que requiramos para nuestro producto.
Otra de sus ventajas es el precio del componente.
A diferencia de otras técnicas de fabricación,
la fabricación aditiva no requiere de producir
grandes lotes de producción para que la tecnología sea rentable.
El precio siempre es el mismo, con independencia
de que produzcamos un componente o mil componentes.
No encarece el proceso tener que hacerlo para piezas o unidades
limitadas.
Además, a diferencia de otras técnicas
de fabricación basadas en fabricación sustractiva,
en la que partimos de un tocho de material
al cual le vamos retirando partes
hasta obtener la geometría final del producto,
como estamos hablando de una tecnología de fabricación aditiva,
vamos añadiendo capa de material donde nos vaya haciendo
falta material.
Lo que conseguimos con esto
es que el desperdicio de material sea muy pequeño en comparación
con las técnicas de fabricación convencionales sustractivas.
Asimismo, también tiene una alta flexibilidad
a la hora de producir lo que necesitamos,
ya que podemos producir cualquier componente
donde y cuando lo necesitemos,
sin necesidad de tener grandes estocajes.
Es una producción, como bien conocemos,
de just-in-time.
Por último, esta tecnología nos permite hacer productos
altamente personalizados.
Esto es una gran ventaja en ciertos sectores,
como en el sector de la salud, que nos pueden diseñar una prótesis
a la medida que necesitemos para nuestro cuerpo.
Concretamente, la fabricación por filamento
fundido es una de las tecnologías de fabricación aditiva.
Esta se basa en calentar un filamento hasta hacerlo fluir
por una boquilla de extrusión y ir depositando capa a capa
para obtener nuestra pieza.
Realmente, esta técnica de fabricación
es la más extendida para componentes poliméricos.
Es una técnica económica, sencilla y muy accesible.
Pero tened en cuenta que esta técnica de fabricación no solo
me vale para producir componentes poliméricos,
también nos permite fabricar materiales metálicos, cerámicos
e incluso materiales compuestos.
¿En qué se basa la técnica?
Primero, al igual
que en el resto de las técnicas de fabricación aditiva,
tenemos que partir de un modelo CAD.
Este es el diseño de la pieza del componente que queremos fabricar.
¿Cómo lo obtenemos?
Pues bien lo diseñamos con un software de diseño
o hacemos ingeniería inversa, por ejemplo,
partiendo de un escáner.
Pero lo que tenemos que lograr es tener nuestro G-code,
que es el lenguaje con el que nos comunicamos
con nuestra impresora.
Una vez que tenemos nuestro G-code,
podemos imprimir nuestro producto.
Muy importante, Podemos diseñar nuestra geometría externa,
pero también cualquier celosía interna que tenga nuestra pieza
y podemos caracterizar también distintas trayectorias de impresión
que necesitemos para producir productos que tengan
diferentes propiedades en servicio.
Una vez que tenemos nuestro GCODE,
que es nuestro lenguaje de comunicación con la impresora,
a continuación lo que hacemos es imprimir el componente.
Si queremos fabricar una pieza polimérica,
partimos de un filamento polimérico.
El filamento se introduce en la impresora,
se calienta hasta que tiene una capacidad de fluidez suficiente
para ser extruido y así poder seguir la trayectoria
GCODE indicada en el modelo.
Si queremos producir una pieza polimérica,
después de la impresión terminaría el proceso.
Esto es lo que diferencia el producir una pieza polimérica
a producir una pieza de otros materiales
como pueden ser metálicos o incluso cerámicos.
El filamento en materiales metálicos y cerámicos no es igual.
Si vemos un filamento de un material metálico,
he puesto el ejemplo de un filamento de cobre,
si vemos en su interior,
vemos que está compuesto por partículas y por un sistema ligante
que lo que hace es unir esas partículas.
El sistema ligante.
Que es un sistema polimérico,
lo que hace es dotar de fluidez al filamento y así si calentamos
a la temperatura de fusión de este sistema ligante,
lo que vamos a permitir es que el ligante
sirva de vehículo conductor hacia las partículas metálicas
en este caso y las vaya depositando siguiendo la trayectoria
para producir nuestro componente.
Ahora bien, este,
cuando tengamos la pieza que se denomina pieza en verde,
pues va a tener la geometría de nuestro diseño CAD,
pero va a estar compuesta tanto por polímero
como por metal.
Si nosotros queremos producir piezas metálicas,
no tendría, no tiene aplicabilidad.
Necesitamos retirar ese sistema ligante y unir esas partículas
para obtener el componente final.
Os lo explico mejor.
Si analizamos la pieza en verde está compuesta como podéis ver
en la imagen pues esas partículas marrones.
Que son las partículas metálicas y dos tonos de verde que están unidas
por ese sistema ligante.
Tienen dos tonos de verde porque los sistemas ligantes
son un poco complejos.
Tienen un componente de bajo peso molecular
que dota de fluidez a la mezcla
y que tiene una temperatura de fusión más baja
y están compuestos por otra parte del sistema ligante.
Que es de alto punto de fusión y lo que le dota
es de propiedades estructurales.
Esta es la etapa más difícil, eliminar el sistema ligante.
Normalmente, si nosotros tenemos la pieza en verde y queremos quitar.
Ese sistema ligante para dejarlo en formato
de castillo de arena tal cual como un castillo de arena
que tiene la geometría pero que las partículas están sueltas
lo que tenemos que hacer es retirar el ligante de forma paulatina
lentamente entonces nos vamos a centrar primeramente en retirar
el sistema ligante verde clarito que es el de bajo peso molecular
a continuación eliminamos el sistema ligante
de alto peso molecular que es el verde oscuro
y por último se nos quedarían las partículas marroncitas
separadas, sinterizamos para que fusionen esas partículas
y tengamos nuestra pieza final.
Así, normalmente, este proceso se lleva a cabo en dos etapas.
Una etapa es la eliminación primera en la que, como podéis ver,
normalmente se suele llevar a cabo la eliminación del sistema ligante
de bajo peso molecular por disolución.
Sumergimos nuestras piezas en verde en un disolvente.
Y a continuación, ¿cómo eliminamos ese ligante
de alto peso molecular?
Pues calentando, llevamos a la temperatura de degradación
de ese polímero.
Entonces calentamos hasta la temperatura de degradación
de ese polímero y por último sinterizamos,
elevamos más la temperatura del horno para que esas partículas metálicas
se unan sin modificar la geometría de la pieza.
Así, en una segunda etapa, metemos las piezas,
una vez que han sido retiradas del disolvente,
metemos las piezas en el horno,
programamos una etapa de eliminación del polímero de alto peso molecular
y si queda algún residuo del polímero de bajo peso molecular,
sinterizamos y una vez que hayamos sinterizado,
hayamos calentado a alta temperatura obtenemos nuestras piezas
100% metálicas o incluso esta tecnología de impresión,
eliminación y sinterización
se puede llevar a cabo también para producir componentes cerámicos.
De esta forma somos capaces en un proceso de tres etapas,
impresión, eliminación y sinterización,
de producir piezas metálicas completamente funcionales.
Espero que veáis la utilidad de la utilización
de la fabricación aditiva por filamento fundido
y muchas gracias por vuestra atención.