Tecnología de creación rápida de prototipos de materiales metálicos
l) Establecer un modelo tridimensional del producto. Dado que el sistema RP está controlado directamente por el modelo CAD 3D, primero se debe construir el modelo CAD 3D de la pieza a procesar. Los modelos CAD tridimensionales se pueden construir directamente mediante software de diseño asistido por computadora (como Pro/E, I-DEAS, Solid Works, UG, etc.). ), o los dibujos bidimensionales de los productos existentes se pueden convertir en modelos tridimensionales, o las entidades del producto se pueden escanear con láser y CT para obtener datos de la nube de puntos, y luego el modelo tridimensional se puede construir mediante ingeniería inversa. .
2) Procesamiento aproximado de modelos tridimensionales. Dado que los productos suelen tener algunas superficies irregulares de forma libre, es necesario aproximar el modelo antes del procesamiento para facilitar el procesamiento de datos posterior. El archivo en formato STL se ha convertido en un archivo de interfaz casi estándar en el campo de la creación rápida de prototipos con su formato simple y práctico. Utiliza una serie de pequeños planos triangulares para aproximarse al modelo original. Cada triángulo pequeño se describe mediante tres coordenadas de vértice y un vector normal, y el tamaño del triángulo se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos de precisión. Los archivos STL tienen dos formas de salida: código binario y código ASCll. El formulario de salida del código binario ocupa mucho menos espacio que el formulario de salida del código ASCII, pero el formulario de salida del código ASCII se puede leer y verificar. El software CAD típico tiene la función de convertir y generar archivos en formato STL.
3) Cortar el modelo tridimensional. De acuerdo con las características del modelo a procesar, se selecciona la dirección de procesamiento adecuada y el modelo aproximado se corta con una serie de planos a ciertos intervalos en la dirección de la altura de formación para extraer la información del perfil de la sección transversal. El espaciado es generalmente de 0,05 mm a 0,5 mm, y normalmente se utiliza 0,1 mm. Cuanto más corto sea el intervalo, mayor será la precisión del moldeo, pero cuanto mayor sea el tiempo de moldeo, menor será la eficiencia. Por el contrario, cuanto menor sea la precisión, mayor será la eficiencia.
4) Procesamiento de conformado. De acuerdo con el perfil de la sección transversal de la rebanada, bajo el control de la computadora, el cabezal formador correspondiente (cabezal láser o boquilla) realiza un movimiento de escaneo de acuerdo con la información del perfil de la sección transversal, apila el material capa por capa en el banco de trabajo. y luego une las capas para finalmente obtener el producto Prototipo.
5) Postprocesamiento de piezas moldeadas. Las piezas moldeadas se sacan del sistema de moldeo y se muelen, se pulen, se recubren o se colocan en un horno de alta temperatura para su posterior sinterización para mejorar aún más la resistencia. La tecnología de creación rápida de prototipos tiene las siguientes características importantes:
l) Puede fabricar cualquier entidad geométrica tridimensional compleja. Debido a la adopción del principio de moldeado discreto/apilado, un proceso de fabricación tridimensional muy complejo se simplifica en la superposición de procesos bidimensionales, y se puede realizar el procesamiento de piezas con cualquier forma compleja. Cuanto más compleja sea la pieza, más obvias serán las ventajas de la tecnología RP. Además, la tecnología RP es especialmente adecuada para piezas con cavidades y superficies complejas, que son difíciles o incluso imposibles de fabricar con métodos tradicionales.
2) Rapidez. Modificando o reorganizando el modelo CAD, se puede obtener información de diseño y procesamiento de nuevas piezas. Las piezas se pueden fabricar en unas pocas horas o decenas de horas, lo que tiene la característica destacada de una fabricación rápida.
3) Alta flexibilidad. El complejo proceso de fabricación no requiere plantillas ni herramientas especiales, lo que permite producir rápidamente herramientas, prototipos o piezas.
4) La tecnología de creación rápida de prototipos ha logrado dos objetivos de alto nivel perseguidos por la ingeniería mecánica durante muchos años, a saber, la integración del proceso de extracción de materiales (gas, líquido, fase sólida) y el proceso de fabricación, y la integración de Integración de diseño (CAD) y fabricación (CAM).
5) Combine ingeniería inversa, tecnología CAD, tecnología de red y realidad virtual para convertirse en una poderosa herramienta para el rápido desarrollo de productos.
Por lo tanto, la tecnología de creación rápida de prototipos juega un papel cada vez más importante en el campo de la fabricación y tendrá un impacto importante en la industria manufacturera. Clasificación de la tecnología de creación rápida de prototipos;
La tecnología de creación rápida de prototipos se puede dividir en dos categorías principales según el método de creación de prototipos: tecnología láser basada en láser y otras fuentes de luz, como la estereolitografía (SLA), fabricación sólida en capas ( LOM), sinterización selectiva de polvo por láser (SLS), modelado por deposición de forma (SDM), etc. Tecnologías de inyección como el modelado por deposición fundida (FDM), la impresión tridimensional (3DP) y la deposición por chorro multifásico (MJD). A continuación se muestra una breve introducción a las tecnologías más maduras.
1. Proceso SLA (aparato de estereolitografía) El proceso SLA, también conocido como modelado luminoso o estereolitografía, fue patentado por Charles Hull de Estados Unidos en 1984. En 1988, American 3D Systems lanzó el prototipo comercial SLA-I, que fue la primera máquina de creación rápida de prototipos del mundo. Las máquinas de moldeo SLA ocupan una gran parte del mercado de equipos RP. La tecnología SLA se basa en el principio de fotopolimerización de resina fotosensible líquida. Este tipo de material líquido puede sufrir rápidamente una reacción de fotopolimerización bajo la irradiación de luz ultravioleta de una determinada longitud de onda e intensidad, el peso molecular aumenta bruscamente y el material cambia de líquido a sólido. Principio de funcionamiento de SLA: el rayo láser lleno de resina fotopolimerizable líquida en el tanque de líquido se puede escanear sobre la superficie del líquido bajo la acción del espejo de desviación. La trayectoria de escaneo y la presencia o ausencia de luz son controladas por la computadora. Allí donde incide la luz, el líquido se solidifica. Cuando comienza el moldeo, la plataforma de trabajo se encuentra a cierta profundidad debajo de la superficie del líquido. El punto de luz enfocado escanea punto por punto sobre la superficie del líquido según las instrucciones de la computadora, es decir, se solidifica punto por punto. Cuando se escanea una capa, las áreas no irradiadas siguen siendo resina líquida. Luego, la plataforma elevadora hace descender la plataforma una capa y la capa formada se cubre con una capa de resina. El raspador alisa la resina con mayor viscosidad y luego escanea la siguiente capa. La capa recién circulada se une firmemente a la capa anterior. Esto se repite hasta que se fabrica toda la pieza y se obtiene un modelo sólido tridimensional. El método SLA es actualmente el método más investigado en el campo de la tecnología de creación rápida de prototipos y también el método técnicamente más maduro. Las piezas formadas por el proceso SLA tienen alta precisión, la precisión del procesamiento generalmente puede alcanzar 0,1 mm y la tasa de utilización de materia prima es casi 100. Sin embargo, este método también tiene ciertas limitaciones, como la necesidad de soporte, la contracción de la resina que reduce la precisión y la toxicidad de la resina fotopolimerizable.
2. Proceso LOM (fabricación de objetos laminados) El proceso LOM se denomina fabricación de entidades laminadas o fabricación de entidades en capas. Fue desarrollado con éxito en 1986 por Michael Feygin de Helisys Company en Estados Unidos. El proceso LOM utiliza materiales finos como papel y películas plásticas. La superficie de la hoja está prerrecubierta con una capa de pegamento termofusible. Durante el procesamiento, los rodillos de presión en caliente presionan con calor la hoja para que se adhiera a la pieza de trabajo formada debajo. Utilice un láser de CO2 para cortar el perfil transversal de la pieza y el marco exterior de la pieza de trabajo en la capa recién unida, y corte una rejilla alineada hacia arriba y hacia abajo en el área sobrante entre el perfil transversal y el marco exterior. Una vez completado el corte por láser, el banco de trabajo empuja la pieza de trabajo formada hacia abajo y la separa de la placa de tira. El mecanismo de alimentación hace girar el eje receptor y el eje de alimentación para mover la cinta de material y mover la nueva capa al área de procesamiento. La junta de la pieza de trabajo sube al plano de procesamiento y se prensa en caliente mediante un rodillo caliente, lo que aumenta el número de capas de la pieza de trabajo en una capa y la altura en un espesor del material. Luego corta el contorno en una nueva capa. Repita este proceso hasta que todas las partes de la pieza estén pegadas y cortadas. Finalmente se retira el exceso picado, dando como resultado una pieza sólida fabricada en capas. El proceso LOM solo necesita cortar el contorno de la sección de la pieza en la placa y no necesita escanear toda la sección. Por lo tanto, las piezas de paredes gruesas se forman más rápido y es más fácil fabricar piezas grandes. No hay cambio de fase del material durante el proceso y no es fácil causar deformación por deformación. El exceso de material entre el marco de la pieza y el perfil transversal actúa como soporte durante el procesamiento, por lo que el proceso LOM no requiere soporte. Las desventajas son un importante desperdicio de material y una mala calidad de la superficie.
3.Proceso SLS (sinterización selectiva por láser) El proceso SLS se llama sinterización selectiva por láser y fue desarrollado con éxito en 1989 por C.R. Dechard de la Universidad de Texas en Austin. El proceso SLS se fabrica a partir de materiales en polvo. Extienda el material en polvo sobre la superficie superior de la pieza moldeada y raspe hasta quedar plana. Se utiliza un láser de CO2 de alta intensidad para escanear la sección transversal de la pieza sobre la nueva capa recién colocada. Los polvos de material se sinterizan juntos bajo la irradiación de láseres de alta intensidad para obtener secciones transversales de las piezas y conectarlas a las piezas formadas debajo. A medida que se sinteriza una sección, se extiende una nueva capa de material en polvo y las secciones inferiores se sinterizan selectivamente. Después de la sinterización, se elimina el exceso de polvo, se pulen y se secan las piezas. La tecnología SLS se caracteriza por una amplia gama de materiales. Permite fabricar no sólo piezas de plástico, sino también piezas de cerámica, cera y otros materiales, especialmente piezas metálicas. Esto hace que el proceso SLS sea atractivo. El proceso SLS no requiere soportes porque no existe polvo sinterizado que actúe como soporte.
Proceso 4.3DP (impresión tridimensional) El proceso de impresión tridimensional fue desarrollado por E-manual Sachs del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Ha sido comercializado por Soligen Company en Estados Unidos, denominado DSPC (Direct Shell Production Casting), y se utiliza para fabricar carcasas y núcleos cerámicos para fundición. El proceso 3DP es similar al proceso SLS y utiliza materiales en polvo, como polvo cerámico, polvo metálico, etc. La diferencia es que el material en polvo no se une mediante sinterización, sino que la sección transversal de la pieza se "imprime" en el material en polvo mediante una boquilla utilizando un adhesivo (como por ejemplo silicona). Las piezas unidas con adhesivos tienen poca resistencia y requieren un procesamiento posterior. Primero se quema el aglutinante y luego se infiltra el metal a alta temperatura para densificar las piezas y aumentar su resistencia.
5. Proceso FDM (modelado por deposición fundida) La fabricación por deposición fundida (FDM) fue desarrollada con éxito por el académico estadounidense Scott Crump en 1988. Los materiales FDM son generalmente materiales termoplásticos, como cera, ABS, nailon, etc. Se come en forma de hilo. El material se calienta y se funde en la boquilla. La boquilla sigue los contornos de la sección transversal de la pieza y la trayectoria de llenado. Al mismo tiempo, el material fundido se extruye, se solidifica rápidamente y se condensa con el material circundante. La tecnología FDM está diseñada y fabricada por Stratasys y está disponible para una variedad de sistemas. Estos sistemas son FDM Maxum, FDM Titan, Prodigy Plus y Dimension. La tecnología FDM utiliza ABS, policarbonato (PC), polifenilsulfona (PPSF) y otros materiales. Estos materiales termoplásticos se extruyen en filamentos en un estado semifundido y los prototipos se construyen directamente a partir de datos CAD 3D mediante deposición capa por capa. Esta tecnología se utiliza comúnmente para moldeo, ensamblaje, pruebas funcionales y diseño conceptual. Además, la tecnología FDM se puede aplicar al muestreo y a la fabricación rápida.
Otros materiales: Tecnología FDM y otros materiales especiales. Estos materiales incluyen poliestireno, caucho y cera. Los materiales de caucho se utilizan como prototipos funcionales con propiedades de caucho similares. La cera es una muestra diseñada específicamente para realizar piezas fundidas a la cera perdida. Las propiedades del material de cera permiten utilizar muestras de FDM para producir patrones de cera tradicionales similares a los que se encuentran en las fundiciones. La polifenilsulfona, un nuevo material de ingeniería utilizado en los modelos Titan, proporciona alta resistencia química y al calor, resistencia y dureza, con una resistencia al calor de 207,2 grados Celsius.
Stratesys anunció que ha lanzado materiales PPSF para su sistema de creación rápida de prototipos FDM Titan. Entre varios materiales de creación rápida de prototipos, PPSF (o polifenilsulfona) tiene la mayor tenacidad, resistencia al calor y resistencia química. Los fabricantes de las industrias aeroespacial, automotriz y de productos médicos se encuentran entre los primeros usuarios que se espera que utilicen este material PPSF. A la industria aeroespacial le gustarán las propiedades ignífugas del material; la industria automotriz también querrá aplicar su resistencia química y su capacidad para operar continuamente por encima de los 400 grados y los fabricantes de productos médicos estarán interesados en las capacidades de esterilización de los prototipos de materiales PPSF. En la configuración experimental, Parker Hanifen instaló un modelo hecho de PPSF en el motor de un automóvil. Esta pieza, un filtro llamado coalescente de vapor del cárter, se instaló en un conjunto de motores V8 y se probó durante 40 horas para determinar la eficiencia del medio filtrante. El gas combustible recolectado en esta parte contiene productos de reacción química de la combustión, como aceite lubricante a 160 grados, fueloil y humo de aceite. Russ Jensen de Parker Hannifin dijo: "No hubo fugas durante el ensamblaje y mostró la misma resistencia y rendimiento que cuando se ensambló por primera vez. Estamos muy satisfechos con el desempeño, Sheku Kamara, gerente de operaciones de MSOE (). Milwaukee School of Engineering), también quedó impresionado. Satisfecho con este nuevo material. "Cuando el vidrio se funde a 450 grados, el PPSF también tiene la temperatura de funcionamiento y la dureza más altas entre varios materiales de creación rápida de prototipos, excepto los metales", dijo. "En las pruebas de adhesión, las piezas prototipo de PPSF se probaron en temperaturas que oscilaban entre 14 grados y 392 grados y permanecieron intactas".
Los colores incluyen el blanco más utilizado y el ABS está disponible en seis colores de material. Las opciones de color incluyen azul, amarillo, rojo, verde y negro. El ABSi de grado médico se utiliza en aplicaciones translúcidas, como el rojo transparente o el amarillo para las luces de los automóviles.
A diferencia de las resinas SLA y PolyJet, las propiedades de los materiales FDM no cambian con el tiempo ni con la exposición ambiental. Al igual que las réplicas moldeadas por inyección, estos materiales mantienen su resistencia, dureza y color en casi cualquier entorno.
La precisión dimensional de la creación rápida y precisa de prototipos depende de muchos factores y los resultados pueden variar ligeramente para cada pieza de trabajo o en diferentes días. Los aspectos a considerar deben incluir condiciones conocidas, como el período de tiempo de la medición y la ortografía del artefacto. ¿Dónde está el auto? Los datos de precisión de axum, Titan y Prodigy Plus se muestran en la Tabla 1. Como se muestra en las Figuras 5 y 6, las piezas de trabajo utilizadas para las pruebas de precisión se construyeron con un espesor de capa de 0,18 mm en cada máquina para formar los datos de precisión actuales.
MAXUM Titan Prodigy
Tamaño teórico Tamaño real Porcentaje Tamaño teórico Porcentaje Tamaño teórico Porcentaje
a 76,2 76,2 0,00 76,2 0,00 76,1 0,17
B 25,4 25,5 0,30 25,5 0,40 25,6 0,60
152,4 152,4 0,00 152,3 0,08 152,4
d 2,54 2.51.1.00 2,54 0,00 2,54 0,00
7 6,2 76,15 0,07 76,07 0,17 76,12 0,10
f 101,6 101,57 0,02 101,42 0,18 101,50 0 0,10
g 25,4 25,48 0,30 25,50 0,40 25,55 0,60
h 1 12,7 2. 62 0,60 12,65 0,40 12,55 1,20 H2 12,7 12,62 0,60 12,67 0 0,20 12,55 65438
一12,7 12,67 0,20 12,7 0,00 12,62 0,60
j 6,35 6,43 1,20 6,55 3,05 2 ,00
k 12,7 12,67 0,20 12,78 0,60 12,78 0,60
Datos de precisión dimensional para Maxum, Titan y Prodigy Plus. El espesor de la capa de construcción de todas las piezas inspeccionadas es de 0,18 mm (unidad: mm)
En términos generales, la precisión proporcionada por la tecnología FDM suele ser igual o mejor que la tecnología SLA y la tecnología PolyJet, y definitivamente mejor que la SLS. tecnología. Sin embargo, debido a que la precisión depende de muchos factores, pueden ocurrir resultados contradictorios en un solo prototipo. La precisión de la tecnología FDM se ve afectada por menos variables. Con las tecnologías SLA, SLS y PolyJet, la precisión dimensional se ve afectada por factores como la calibración de la máquina, las habilidades operativas, la dirección y posición de formación de la pieza de trabajo, el envejecimiento y la contracción del material.
Este no es siempre el caso con el eje Z, que puede resultar el menos preciso. Además de las variaciones comentadas anteriormente, la altura del prototipo también puede variar debido a errores enteros en el espesor de la capa. Esto es válido para todos los sistemas RP. Cuando la parte superior o inferior de cualquier superficie característica no se alinea con la capa, el algoritmo de corte de capa en el software redondea las dimensiones al espesor de capa más cercano. En el peor de los casos, la superficie en un extremo está redondeada hacia abajo y el otro extremo hacia arriba, y la altura puede diferir del espesor de una capa. Para los parámetros FDM típicos, esto puede producir un error de al menos 0,127 mm.
La estabilidad en dimensiones estables es una ventaja clave de la creación de prototipos FDM. Al igual que la tecnología SLS, el tiempo y la exposición ambiental no cambian las dimensiones u otras características de la pieza de trabajo. Una vez separado el prototipo del sistema FDM, sus dimensiones quedan fijas cuando alcanza la temperatura ambiente. Si la temperatura cambia, esto no sucederá con la tecnología SLA o PolyJet.
Muchas de las piezas RP obtenidas mediante postprocesamiento requieren un alisado manual de las piezas. Por ejemplo, SLA requiere la eliminación manual de las estructuras de soporte de la superficie de la pieza de trabajo, y la superficie de la pieza de trabajo requiere algo de pulido manual. Esto significa que la precisión de la pieza de trabajo ya no se ve afectada únicamente por la precisión del sistema. Ahora está controlado por el nivel técnico de los técnicos de posprocesamiento. Para moldeo, ensamblaje y creación de prototipos funcionales, la mayoría de los usuarios consideran aceptable la precisión de la superficie de las piezas de trabajo FDM. Luego, cuando se combinan soportes solubles en agua y soportes fáciles de pelar, la precisión del prototipo FDM no se alterará manualmente. Por supuesto, si se requiere precisión de volteo para moldear o pintar silicona, la pieza de trabajo FDM también requiere posprocesamiento, al igual que otras tecnologías. En este caso, las habilidades del técnico de posprocesamiento juegan un papel clave en la precisión del prototipo que se puede lograr.
Los usuarios y Stratasys reconocen la precisión del acabado superficial. La limitación más obvia de la tecnología FDM es la precisión del acabado superficial. Debido a que es una extrusión de plástico semifundido, la precisión del acabado de la superficie es más rugosa que la de SLA y PolyJet, pero comparable a la de SLS. Si bien la precisión del mecanizado de superficies mejora mediante anchos de línea más pequeños y espesores de capa más delgados, el perfil de la línea y el espesor de la capa acumulada a través de la boquilla de extrusión aún son visibles en las paredes superior, inferior y lateral. La Tabla 2 enumera la precisión del acabado superficial de Maxum y Titan. Para mejorar la precisión del acabado superficial, tanto Maxum como Titan ofrecen ahora un espesor de capa de 0,127 mm, y los usuarios han descubierto que la dirección de conformado de la pieza de trabajo puede cumplir con los requisitos considerando la precisión del acabado superficial. Estas superficies que requieren alta precisión generalmente se forman en dirección vertical. Las superficies menos importantes suelen ser horizontales, como la parte inferior o superior. Al igual que con otras técnicas, se puede utilizar el procesamiento secundario (salida de posprocesamiento) para que sea igual. Sin embargo, la dureza de los materiales ABS y policarbonato hace que el pulido requiera mucha mano de obra. Los usuarios suelen utilizar disolventes o adhesivos para completar o preparar el pulido. Los medios disponibles comercialmente incluyen soldadura, pegamento seco ABS, acetona y resina epoxi de dos componentes. Para lograr una precisión suficiente, tanto FDM Technologies como los productos de la competencia pueden proporcionar superficies para moldeo o pulverización de silicona. La diferencia clave es cuánto tiempo lleva lograr los resultados requeridos.
Definición de característica: aunque los sistemas FDM de orden superior pueden producir características más pequeñas, el tamaño mínimo de la característica de la mayoría de los prototipos FDM está limitado al doble del ancho de la línea. La opción de ruta cerrada utilizada por FDM Technologies limita el tamaño mínimo de la característica al doble del ancho del grupo de pulverización extruido sin intervención del usuario. Para parámetros generales de boquilla y estructurales, el tamaño mínimo de característica varía de 0,4 a 0,6 mm. Aunque es mayor que el tamaño mínimo de característica de SLA y PolyJet, este rango es el mismo que el tamaño mínimo de característica disponible para estas tecnologías. Si bien la tecnología SLA se puede construir en 0,08 mm (modelos Viper si2) o 0,25 mm (todos los modelos) y la tecnología PolyJet se puede construir en 0,04 mm, pocos prototipos aprovechan estos mínimos para producir los detalles más pequeños. Teniendo en cuenta las propiedades del material, los prototipos de tecnología SLA y PolyJet suelen tener un tamaño mínimo de 0,5 mm. El tamaño mínimo de característica de la tecnología FDM es igual o mejor que el de la tecnología SLS, que es de 0,6 a 0,8 mm. Con propiedades de material similares al ABS o al policarbonato moldeado por inyección, la tecnología FDM ofrece propiedades funcionales en el rango de 0,4 a 0,6 mm
Resistencia ambiental: los prototipos FDM ofrecen materiales con propiedades similares a los materiales termoplásticos. Esto incluye exposiciones ambientales y químicas. Para los materiales ABS, los usuarios pueden experimentar con sus prototipos a 93 grados y medios químicos que contengan aceite, gasolina e incluso algunos ácidos. Una consideración clave es la exposición al vapor de agua, incluida la inmersión y la humedad. La resina fotosensible utilizada en la tecnología SLA y la tecnología PolyJet es sensible a la humedad y puede dañarse. La exposición al agua o la humedad puede afectar no sólo a las propiedades mecánicas del prototipo sino también a la precisión dimensional. A medida que los prototipos de fotopolímeros absorben la humedad, comienzan a ablandarse y volverse algo flexibles. Además, la pieza de trabajo es fácil de deformar o expandir, lo que afectará seriamente la precisión dimensional. Los prototipos con tecnología FDM y los prototipos con tecnología SLS no se ven afectados por la humedad y por tanto mantienen sus propiedades mecánicas y precisión dimensional originales.
Mecanizado: Los prototipos FDM se pueden utilizar para fresado, taladrado, rectificado, torneado, etc. Para compensar la falta de precisión de la superficie y mejorar los detalles de las características, cuando existen requisitos de calidad especiales, los usuarios suelen realizar un procesamiento secundario en el prototipo para mejorar los detalles. Después de considerar las propiedades físicas del prototipo, se debe prestar atención a los parámetros de operación. Los siguientes aspectos afectan el uso del prototipo en su aplicación prevista.
Tamaño de la pieza de trabajo: a diferencia de algunas tecnologías de creación rápida de prototipos, el alcance de construcción de la tecnología FDM en publicidad es el tamaño de pieza de trabajo más grande. Dentro del ámbito del hogar, la tecnología FDM ofrece una amplia gama de construcciones. El Maxum más grande puede ofrecer tamaños de piezas de hasta 600 x 500 x 600 mm, lo que brinda el mismo rango de construcción que los sistemas SLA más grandes. El tamaño máximo de pieza de trabajo que ofrece Titan es 406 x 355 x 406 mm, lo que hace que esta envolvente de construcción sea ligeramente más grande que el sistema SLS Sinterstations. El Prodigy Plus es un escritorio de oficina con una superficie de 203 x 203 x 305 mm, un poco más grande que el sistema PolyJet y el sistema SLA más pequeño. Cuando se utilizan tecnologías de la competencia, las partes del prototipo rápido que están más allá de la construcción a menudo se construyen en secciones y luego se unen. Utilizando pegamento seco ABS disponible comercialmente, la adhesión y resistencia de la pieza de trabajo FDM pueden cumplir con la aplicación de pruebas funcionales. Además, las piezas de trabajo FDM se pueden soldar mediante ultrasonidos, lo que no es posible con SLA y PolyJet porque no están hechos de materiales termoplásticos.
Estructuras de soporte: en la tecnología FDM, se requieren estructuras de soporte para formar el sustrato para fabricar la pieza de trabajo y para soportar cualquier elemento que no sea la suspensión. En la interfaz de la pieza de trabajo se ha colocado una pila sólida de material de soporte. Debajo de esta pila sólida, los cables son de 0,5 mm y se depositan a intervalos de 3,8 mm. La tecnología FDM ofrece dos tipos de soportes: estructuras de soporte fácilmente despegables (BASS) y estructuras de soporte solubles en agua (WaterWorks). El soporte de bajo se retira manualmente de la superficie de la pieza de trabajo que se va a retirar. Si bien no quieren dañar la superficie de la pieza de trabajo, la consideración es que deben tener fácil acceso y acceso a funciones pequeñas. Waterworks es una solución que utiliza materiales solubles en agua que se descomponen en disolventes de agua alcalina. A diferencia de los bajos, que se eliminan fácilmente, los bajos se pueden ubicar arbitrariamente en áreas incrustadas en lo profundo de la pieza de trabajo o en contacto con características pequeñas, ya que los métodos de eliminación mecánica pueden ignorarse. Además, los soportes solubles en agua protegen los rasgos finos. En otras tecnologías de creación rápida de prototipos, supone un gran desafío para ellos retirar los soportes sin dañar las funciones.
Con la aparición de andamios solubles en agua, la tecnología FDM ofrece una solución única: construir un componente integrado operable. Debido a que el portador soluble en agua puede romperse, se pueden construir conjuntos de múltiples piezas en una sola operación mecánica. Cuando sea posible realizar ensamblajes de varias piezas en SLS o PolyJet, se debe prestar especial atención al material que queda entre las piezas originales. Por ejemplo, el conjunto de engranajes cerebrales de FDM Technology que se muestra en la Figura 3 no requiere trabajo manual para completarse y el soporte soluble en agua se puede descomponer en un cierto período de tiempo. Hacer la misma pieza de trabajo utilizando tecnología SLS puede requerir más de una hora de trabajo manual para eliminar el polvo de los engranajes y los vástagos del eje. Con soporte soluble en agua, los datos CAD de todo el conjunto se pueden tratar como una sola pieza de trabajo. De manera similar, no se requiere mano de obra ni tiempo para ensamblar la pieza de trabajo.
Es mejor colocar los equipos de creación rápida de prototipos en la sala de diseño informático para facilitar el trabajo. Se requiere que el equipo esté libre de humo, vibraciones y ruidos, y que los materiales sean seguros y no tóxicos. La materia prima líquida de la resina fotosensible (SLA) es tóxica y debe manipularse con especial cuidado. Se requiere un sistema de escape para extraer los vapores tóxicos generados durante el proceso de modelado. Los materiales en polvo (SLS) deben estar equipados con un sistema de escape, un equipo de recolección de polvo, una caja de recolección de polvo y un sistema de generación de nitrógeno (LOM) también deben estar equipados con un sistema de escape para descargar el humo generado durante el proceso de modelado; el FDM de la empresa estadounidense Stratasys. La máquina de creación rápida de prototipos sólo necesita funcionar en un entorno general de oficina. Muchos usuarios de la tecnología FDM ven esta tecnología como algo periférico a sus diseños.
Por su parte, la tecnología se ha convertido en una herramienta más conectada e impulsada por sistemas CAD para comprobar y confirmar conceptos de diseño en una fase temprana del proceso. Debido a esta aplicación, la tecnología FDM se utiliza como herramienta de modelado conceptual para comunicar claramente diseños cada vez más complejos. Cuando la tecnología FDM no proporciona la velocidad esperada de un modelo conceptual, ofrece la ventaja de combinar modelos conceptuales con aplicaciones de visualización. Estos beneficios incluyen precisión, propiedades del material, color y la ausencia de necesidad de posprocesamiento manual. Si bien la resistencia y rigidez de los materiales no son críticas para un modelo conceptual, a menudo son motivo de preocupación porque los modelos frágiles suelen romperse en los momentos más inoportunos. El modelo de tecnología FDM también se aplica a las ventas y al marketing, tanto interna como externamente. Internamente, se utilizan prototipos de tecnología FDM para que el equipo de ventas, la gerencia y otros empleados puedan ver cómo se verá el producto antes de que comience la fabricación. Externamente, los prototipos se utilizan para generar entusiasmo e interés entre los clientes potenciales antes de comercializar el producto.
Modelado, ensamblaje y modelos funcionales: como ocurre con muchas tecnologías, la aplicación de creación rápida de prototipos requiere algunos sacrificios en el modelado, ensamblaje y análisis funcional. Si bien la tecnología SLA y la tecnología PolyJet brindan mejores detalles, precisión y exactitud en el acabado de la superficie, no brindan la resistencia y dureza necesarias. Asimismo, la tecnología SLS ofrece potencia a expensas de la precisión y el detalle.
Muestras de recorte: la creación rápida de prototipos se puede utilizar como muestras para construir moldes. A diferencia de otras tecnologías de creación rápida de prototipos, la tecnología FDM se puede utilizar con éxito para crear prototipos. Sin embargo, es necesario considerar la precisión del mecanizado de la superficie y el tiempo necesario para el posprocesamiento de la pieza de trabajo utilizada como molde maestro. La fundición a la cera perdida es un uso adicional de las muestras que deben cocerse y consumirse en sus propios moldes cerámicos de concha de arena. Se ha demostrado que los moldes de cera y ABS construidos con tecnología FDM son adecuados para el proceso de fundición estándar de consumo de combustión de moldes cerámicos de concha de arena.
Fabricación rápida (bajo volumen y variedad) La creación rápida de prototipos ha despertado el interés en la fabricación de tiradas cortas, que puede ser muy rentable para pedidos tan pequeños como una unidad. Esta aplicación requiere que la pieza de trabajo cumpla con especificaciones funcionales en muchas áreas. La tecnología FDM es una de las pocas tecnologías dedicadas a esta aplicación cuando su precisión y propiedades del material están disponibles. Cuando un artefacto FDM no está terminado, puede limitarse a aplicaciones visuales y decorativas, pero eso no impide que se utilice como componente interior o para fines que no requieran un atractivo artístico. Para aplicaciones de fabricación rápida, el tiempo de ejecución será una consideración importante. Sin embargo, como han demostrado varios usuarios, el tiempo de ejecución de varias piezas de trabajo es significativamente menor que el tiempo total necesario para producir el molde y el producto terminado.