Mezcla de materiales en impresión 3D

Artículo del 30 de septiembre 2016 

Mezcla de materiales en impresión 3D | magen: origen Stratasys

Empastes dentales, cascos de bicicletas o prototipos de componentes: el espectro de objetos que pueden crearse con impresoras 3D es cada vez mayor. La mayoría de las veces, estas piezas se fabrican a partir de un solo material.

No obstante, para poder ampliar el ámbito de aplicaciones de los productos “impresos”, en la actualidad se están desarrollando impresoras 3D que combinen diferentes materiales en componentes mezclados. En el proyecto de investigación DIMAP* se investiga un procedimiento con el que pueden construirse e imprimirse articulaciones robóticas a partir de materiales diferentes. Festo participa como usuario en el proyecto.

Impresión capa a capa

Así, en lugar de fresar una pieza a partir de un bloque sólido, en la impresión 3D se construyen componentes mediante la adición sucesiva de capas. Para ello la base es un dibujo en 3D creado con un programa CAD. El software de la instalación desmonta virtualmente el modelo en muchos niveles individuales que construye después paso a paso. Con el llamado proceso PolyJet que se emplea en el proyecto DIMAP, los materiales, de forma parecida a lo que ocurre en una impresora de inyección de tinta, se aplican como pequeñas gotas líquidas. A continuación, una lámpara UV endurece la capa líquida. Este proceso se repite hasta que la pieza está lista.  Además de materiales diferentes, también pueden imprimirse distintos colores.

Mezcla de materiales en impresión 3D | Imagen: origen Stratasys
Imagen: origen Stratasys

Fabricar una articulación robótica con un proceso de impresión

En el proyecto de investigación DIMAP se debe averiguar en qué medida los materiales rígidos, conductivos y cerámicos son adecuados para la impresión de un brazo robótico con articulaciones integradas. Para ello y por primera vez van a imprimirse con el proceso PolyJet los rodamientos necesarios, las estructuras cinemáticas con una construcción ligera, las tracciones neumáticas y los circuitos. Los materiales deben estar bien combinados entre sí, por lo que es necesaria la investigación de materiales básica de los socios del proyecto.

El objetivo es alcanzar el máximo grado posible de integración de funciones. Esto significa contar con las menos piezas sueltas impresas posibles para que el esfuerzo de montaje sea reducido. Si se imprimen los componentes principales del brazo robótico como componentes multimaterial será posible prescindir en gran medida de elementos de unión como tornillos.

Investigación sobre propiedades de materiales

Quedan muchas preguntas abiertas en relación a los materiales que han de responderse con investigación. Por ejemplo, actualmente apenas hay materiales adecuados para el procedimiento PolyJet. Tienen que ser líquidos para fluir a través de los inyectores, deben endurecerse rápidamente y, según el ámbito de aplicación, soportar diferentes cargas. Por ejemplo, en brazos robóticos deben resistir fricciones o tensiones, algo que todavía no es posible. Como las características precisas de los materiales continúan siendo en gran medida desconocidas, este es un importante campo de investigación para el desarrollo del proceso de impresión en 3D. Hasta ahora, los productos del proceso de impresión PolyJet se han empleado principalmente como prototipos de diseño.

El funcionamiento del proceso se explica en un vídeo del fabricante de la impresora 3D Stratasys.

Mezcla de materiales en impresión 3D | Imagen: origen Stratasys
Imagen: origen Stratasys

*El nombre del proyecto DIMAP proviene de «Novel nanoparticle enhanced Digital Materials for 3D Printing and their applications shown for the robotic and electronic industry».