Análisis de materiales de impresión 3D

La impresión 3D es una tecnología que utiliza equipos de impresión 3D para agregar materiales capa por capa según el modelo 3D diseñado para crear productos 3D. Esta tecnología de fabricación aditiva capa por capa también se denomina fabricación aditiva. La impresión 3D es una tecnología de creación rápida de prototipos que integra tecnologías de vanguardia en tecnología de modelado digital, tecnología de control electromecánico, tecnología de la información, ciencia de materiales, química y otros campos. ¿La tercera revolución industrial? tecnología central.

La tecnología de fabricación de impresión 3D consta principalmente de tres elementos clave:

En primer lugar, la necesidad de un diseño tridimensional preciso del producto requiere el uso de herramientas de diseño asistido por ordenador (CAD). para el diseño integral del producto.

El segundo es la necesidad de equipos de moldeo potentes;

El tercero es la necesidad de materiales que cumplan con el rendimiento del producto y los procesos de moldeo. .

Dado que la tecnología de fabricación por impresión 3D ha cambiado por completo los métodos y principios de la fabricación tradicional y es una subversión del modelo de fabricación tradicional, los materiales de impresión 3D se han convertido en el principal cuello de botella que limita el desarrollo de la impresión 3D y el enfoque de Innovación revolucionaria en impresión 3D y dificultades. Sólo desarrollando más materiales nuevos se podrán ampliar los campos de aplicación de la tecnología de impresión 3D. En la actualidad, los materiales de impresión 3D incluyen principalmente materiales poliméricos, materiales metálicos, materiales cerámicos y materiales compuestos.

Dron de impresión 3D de polímero de impresión 3D

Plásticos de ingeniería

Los plásticos de ingeniería se refieren a plásticos industriales utilizados como piezas industriales o materiales de carcasa, con excelente resistencia, resistencia al impacto, Resistencia al calor, dureza y resistencia al envejecimiento. Los plásticos de ingeniería son los materiales de impresión 3D más utilizados, como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), la poliamida (PA), el policarbonato (PC), la polifenilsulfona (PPSF) y la polieteretercetona (PEEK).

1)ABS

El material ABS se ha convertido en la primera opción para plásticos de ingeniería de impresión 3D por deposición fundida debido a sus buenas propiedades de fusión en caliente y resistencia al impacto. En la actualidad, el ABS se fabrica principalmente en filamentos y se tritura para su uso. Su gama de aplicaciones cubre casi todas las necesidades diarias, suministros de ingeniería y algunos suministros mecánicos. En los últimos años, el ABS no sólo ha ampliado gradualmente sus campos de aplicación, sino que también ha mejorado continuamente su rendimiento. Al modificar el ABS, tiene una fuerte adherencia y resistencia y se usa ampliamente como material de impresión 3D.

En 2014, la Estación Espacial Internacional utilizó una impresora 3D de plástico ABS para imprimir piezas; el último material ABS ABS-M30 desarrollado por Stratasys, la empresa de materiales para impresoras 3D más grande del mundo, está especialmente diseñado para 3D. fabricación de impresión y tiene mejores propiedades mecánicas que el ABS tradicional. El material ha aumentado en un 67%, ampliando el alcance de aplicación del ABS.

2)PA

El PA tiene alta resistencia y cierta flexibilidad, y puede usarse directamente para imprimir piezas de equipos en 3D. Las piezas de resina plástica compuesta de fibra de carbono PA fabricadas mediante impresión 3D tienen alta resistencia y tenacidad y pueden usarse como herramientas mecánicas en lugar de herramientas metálicas. Además, debido a sus características de adhesión y polvo, la PA se puede mezclar con polvo cerámico, polvo de vidrio y polvo metálico, y se puede lograr la impresión 3D a baja temperatura de polvo cerámico, polvo de vidrio y polvo metálico mediante unión. Como experto mundial en plásticos de ingeniería PA, Solvi realiza muestras de impresión 3D basadas en plásticos de ingeniería PA, que se utilizan para piezas periféricas de motores, juegos de manijas de puertas, pedales de freno, etc. El uso de plásticos de ingeniería para reemplazar los materiales metálicos tradicionales finalmente resuelve el problema de los automóviles livianos.

3) Computadora personal

La PC tiene una resistencia excelente, aproximadamente un 60 % más alta que el material ABS, y es adecuada para la aplicación de productos de ingeniería súper fuertes. Como experto mundial en plásticos de ingeniería PA, Solvi realiza muestras de impresión 3D basadas en plásticos de ingeniería PA, que se utilizan para piezas periféricas de motores, juegos de manijas de puertas, pedales de freno, etc. El PC2605 desarrollado por la empresa alemana Bayer se puede utilizar para la impresión 3D y la fabricación de piezas con formas especiales, como vidrio a prueba de balas, lentes de resina, pantallas de faros, viseras de cascos de astronautas, cuerpos de teléfonos inteligentes, engranajes mecánicos, etc.

4)PPFS

PPSF tiene la mayor resistencia al calor, tenacidad y resistencia química, y tiene el mejor rendimiento entre varios materiales plásticos de ingeniería de creación rápida de prototipos. A través del procesamiento compuesto de fibra de carbono y grafito, PPSF muestra una resistencia extremadamente alta y puede usarse en la impresión 3D para fabricar productos de alta carga, convirtiéndose en la primera opción para reemplazar metales y cerámicas.

5) PEEK

PEEK tiene las ventajas de una excelente resistencia al desgaste, biocompatibilidad, estabilidad química y un módulo de Young más cercano al hueso humano. Es un material de reemplazo óseo artificial ideal y adecuado para implantación a largo plazo en el cuerpo humano. La tecnología de impresión 3D basada en el principio de modelado por deposición fundida es segura y conveniente, no requiere láser y su posprocesamiento es simple. El hueso artificial biónico está hecho de materiales de polieteretercetona.

6)EP

EP (Elasto Plastic), plástico elástico, es la última materia prima de impresión 3D desarrollada por Shapeways Company, que puede evitar artículos portátiles o productos deformables impresos con ABS. La fragilidad. Como su nombre indica, el plástico elástico es un nuevo tipo de material de impresión 3D blando que se utiliza como ABS para dar forma. ¿Sinterizar capa por capa? principio, pero el producto impreso tiene muy buena elasticidad y es fácil de recuperar de la deformación. Este material se puede utilizar para fabricar zapatos impresos en 3D, fundas para teléfonos móviles, ropa impresa en 3D y otros productos.

7) Duradero

¿Stratesys ha lanzado un nuevo material de impresión 3D? Endur es un material avanzado similar al polipropileno que puede cumplir con los requisitos de aplicación en una variedad de campos. El material Endur tiene alta resistencia, buena flexibilidad y resistencia a altas temperaturas. Los productos impresos con él tienen buena calidad superficial, buena estabilidad dimensional y no se encogen fácilmente. Endur tiene excelentes propiedades similares al polipropileno y se puede utilizar para imprimir piezas móviles, piezas de malla y cajas y contenedores pequeños.

Bioplásticos

Los bioplásticos utilizados para la impresión 3D incluyen principalmente ácido poliláctico (PLA), éster de tereftalato de polietileno-1,4-ciclohexanodimetanol (PETG), polihidroxibutirato (PHB), polihidroxivalerato (PHBV) , succinato de polibutileno (PBS), policaprolactona (PCL), etc., con buena biodegradabilidad.

1) Ejército Popular de Liberación

PLA (Poliácido Láctico), es decir, ácido poliláctico, puede ser la mejor materia prima para la impresión 3D al principio. Tiene una variedad de. colores translúcidos y textura brillante. Al ser un plástico respetuoso con el medio ambiente, el ácido poliláctico puede biodegradarse y convertirse en abono activo. ¿Proviene de recursos renovables? ¿El almidón de maíz y la caña de azúcar son recursos no renovables? Combustibles fósiles Chen Kehong, Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, et al. La tecnología tridimensional se utiliza para moldear materiales poliméricos biodegradables para producir andamios de ingeniería de tejidos de ácido poliláctico de alta porosidad. Mediante análisis de tejido, se descubrió que el andamio tenía la capacidad de crecer.

Pernos y tuercas de PLA impresos en 3D, varilla de empuje del exprimidor de limón de PLA

2) PETG

PETG es un plástico de base biológica producido a partir de etileno de caña de azúcar Etileno de base biológica síntesis de glicol. Excelente termoformabilidad, tenacidad y resistencia a la intemperie, ciclo de termoformado corto, baja temperatura y alto rendimiento. Como nuevo material de impresión 3D, el PETG tiene las ventajas del PLA y el ABS. En la impresión 3D, el material encoge muy poco, es muy hidrofóbico y no necesita ser almacenado en un espacio cerrado. Debido a la baja contracción, baja temperatura y casi ningún olor del PETG durante el proceso de impresión, el PETG tiene perspectivas de desarrollo y aplicación más amplias en el campo de la impresión 3D.

3)PCL

El PCL es un poliéster biodegradable con un punto de fusión muy bajo, sólo unos 60°C. Como ocurre con la mayoría de los materiales biológicos, a menudo se utilizan con fines especializados, como dispositivos de administración de medicamentos, suturas y más. Al mismo tiempo, el PCL también tiene memoria de forma. En la impresión 3D, debido al bajo punto de fusión, no se requieren altas temperaturas de impresión, consiguiendo así un ahorro energético. En el campo médico, se puede utilizar para imprimir stents cardíacos, etc.

Plásticos termoendurecibles

Resinas termoendurecibles, como resina epoxi, poliéster insaturado, resina fenólica, resina amino, resina de poliuretano, resina de silicona, resina heterocíclica aromática, etc. Tiene las características de alta resistencia y resistencia al fuego, y es muy adecuado para el proceso de moldeo por sinterización por láser de polvo de la impresión 3D. Científicos de materiales de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard y el Instituto Wyss de Bioingeniería han desarrollado conjuntamente un material de resina termoestable a base de epoxi que se puede imprimir en 3D. Esta resina epoxi se puede imprimir en 3D en estructuras de edificios para su uso en construcciones livianas.

Resina fotosensible

La resina fotosensible está formada por monómeros y prepolímeros poliméricos. La resina fotosensible líquida se ha convertido en la primera opción como consumible de impresión 3D para imprimir productos de alta precisión debido a su buena fluidez líquida y sus propiedades de fotopolimerización instantánea. La resina fotosensible cura rápidamente y tiene una buena sequedad superficial. Después del moldeado, el producto tiene una apariencia suave que puede ser transparente o translúcida esmerilada. En particular, las resinas fotosensibles tienen poco olor e ingredientes irritantes, lo que las hace muy adecuadas para sistemas de impresión 3D de escritorio personales.

Gel polimérico

El gel polimérico tiene buena inteligencia. Materiales de gel polimérico como alginato de sodio, celulosa, gomas animales y vegetales, peptona, ácido poliacrílico, etc. Para impresión 3D. Después de la polimerización a una determinada temperatura, bajo la acción de iniciadores y agentes reticulantes, se forma un producto de gel polimérico en red especial. Si la fuerza iónica, la temperatura, el campo eléctrico y los productos químicos cambian, el volumen del gel cambiará en consecuencia y se utilizará como material con memoria de forma. El gel se expande o contrae para cambiar su volumen y se utiliza como material sensor; la controlabilidad de la rejilla del gel se puede utilizar como material inteligente de liberación de fármacos.

Metal para impresión 3D

Actualmente, la mayoría de los consumibles de impresión 3D son plásticos. La buena resistencia mecánica y la conductividad eléctrica del metal han despertado el interés de los investigadores por la impresión de objetos metálicos.

3D Systems imprime piezas metálicas aeroespaciales para GE (izquierda) ¿Oscar de impresión 3D? ¿Pequeño hombre dorado? (derecha)

Metal ferroso

1) Acero inoxidable

El acero inoxidable es el material de impresión de metal más barato. La superficie de los productos de acero inoxidable de alta resistencia impresos en 3D. Es un poco áspero. Hay hoyos. El acero inoxidable viene en una variedad de superficies lisas y esmeriladas y se usa comúnmente para la impresión 3D de joyas, piezas funcionales y pequeñas esculturas.

2) Aleaciones de alta temperatura

Las aleaciones de alta temperatura se han convertido en los principales materiales de impresión 3D en la industria de la aviación debido a su alta resistencia, propiedades químicas estables, dificultad de moldeo y Alto costo de la tecnología de procesamiento tradicional. Con la investigación a largo plazo y el mayor desarrollo de la tecnología de impresión 3D, las piezas de aviones fabricadas mediante impresión 3D se han utilizado ampliamente debido a sus ventajas en términos de tiempo de procesamiento y costos.

Metales no ferrosos

1) Titanio

Las piezas de aleación de titanio fabricadas mediante tecnología de impresión 3D tienen una resistencia muy alta y unas dimensiones precisas, el tamaño más pequeño que se puede Fabricadas hasta 1 mm, las propiedades mecánicas de las piezas son mejores que las del proceso de forja. La empresa británica Metalysis ha impreso con éxito impulsores, turbocompresores y otras piezas de automóviles utilizando polvo de titanio. Además, los consumibles de polvo de titanio también tendrán amplias perspectivas de aplicación en la impresión 3D de automóviles, la industria aeroespacial, de defensa y otros campos.

2) Aleación de magnesio y aluminio

La aleación de magnesio y aluminio se ha utilizado ampliamente en la industria manufacturera de materiales livianos debido a sus propiedades superiores de peso ligero y alta resistencia. En la tecnología de impresión 3D se ha convertido en el material alternativo preferido por los principales fabricantes sin excepción.

La empresa japonesa Canon utiliza tecnología de impresión 3D para fabricar una cubierta superior curvada de aleación especial de magnesio y aluminio para cámaras SLR de primer nivel.

3) Galio

El galio (Ga) se utiliza principalmente como material de impresión 3D para aleaciones metálicas líquidas y tiene una conductividad y viscosidad del metal similar a la del agua. A diferencia del mercurio (Hg), el galio no es tóxico ni vaporizable. El galio se puede utilizar en componentes electrónicos flexibles y estirables, y los metales líquidos se han utilizado en componentes flexibles y estirables, dispositivos de memoria blanda, cables ultraestirables y componentes ópticos blandos para antenas deformables.

3) Aleación de galio e indio

Michael Dickey, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, utiliza tecnología de impresión 3D para utilizar galio (Ga) y una aleación de metal líquido de indio (In) que crea una estructura tridimensional autoportante a temperatura ambiente. Este milagro nació porque la aleación de galio indio reacciona con el oxígeno del aire para formar una película de óxido que puede mantener la forma de la pieza. Esta tecnología se utiliza para conectar componentes electrónicos en la impresión 3D.

4) Los metales raros y preciosos

Los productos de impresión 3D son cada vez más influyentes en la industria de la moda. Los diseñadores de joyería de todo el mundo parecen ser los que más se benefician de la tecnología de creación rápida de prototipos de impresión 3D, una poderosa industria creativa que puede reemplazar fácilmente otros métodos de fabricación. En el campo de la joyería, los materiales de impresión 3D se utilizan habitualmente como oro, plata de ley y latón.

Porcelana cerámica

El polvo cerámico de silicato de aluminio se puede utilizar para imprimir productos cerámicos en 3D. Los productos cerámicos impresos en 3D son impermeables y resistentes al calor (hasta 600°C), reciclables y no tóxicos, pero no muy fuertes. Se puede utilizar como material de decoración del hogar ideal para utensilios de cocina, vajillas (tazas, tazones, platos, hueveras, posavasos), candelabros, azulejos de cerámica, jarrones, obras de arte, etc.

Materiales compuestos

Los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono de alta resistencia son impresos en 3D por el Laboratorio Arevo en Silicon Valley, EE. UU. En comparación con los métodos tradicionales de extrusión o moldeo por inyección, en la impresión 3D, las propiedades integrales de las fibras de carbono se pueden establecer rigurosamente controlando con precisión la orientación y optimizando propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas específicas. Debido a que las piezas compuestas impresas en 3D solo se pueden fabricar una capa a la vez, se puede lograr cualquier orientación de fibra deseada con cada capa. Las piezas de formas complejas impresas con materiales poliméricos reforzados ofrecen una excelente resistencia química y al calor.

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