Los socios organizan un seminario web sobre AM de materiales compuestos de alta resistencia el 20 de mayo de 2021.
En todos los sectores industriales y en el mundo de la fabricación en general, los materiales compuestos están ganando protagonismo por sus mejores propiedades y su rentabilidad. La fabricación aditiva, por su parte, está preparada para transformar radicalmente el uso de estos materiales en comparación con los métodos convencionales, que requieren mucha mano de obra. En la confluencia de los materiales compuestos y la fabricación aditiva se encuentran JuggerBot 3D, un fabricante de impresoras 3D industriales con sede en Ohio, y el desarrollador de materiales DSM Additive Manufacturing (ahora parte de Covestro).
En los últimos años, las empresas han forjado una asociación que no sólo busca elevar el hardware de impresión FFF y FGF de JuggerBot 3D y la cartera de materiales de Covestro, sino también impulsar la adopción y el uso general de la impresión 3D con materiales compuestos demostrando a los usuarios finales las ventajas de la tecnología. Tuvimos la oportunidad de hablar con el vicepresidente de JuggerBot 3D sobre la fructífera colaboración, así como sobre un próximo seminario web que van a organizar, que profundizará en el mundo de los materiales compuestos de alto rendimiento para la AM.
Reforzando una colaboración.
Curiosamente, cuando JuggerBot 3D y DSM se unieron por primera vez, los materiales compuestos no eran su principal objetivo. En ese momento, JuggerBot 3D estaba desarrollando sus plataformas de impresión 3D industrial y DSM se preparaba para ampliar su cartera de materiales con filamentos, pellets y polvos de impresión 3D.
“DSM estaba planeando aprovechar su experiencia en plásticos de grado de ingeniería para ofrecer una variedad más amplia de materiales de impresión 3D, mientras que JuggerBot 3D se estaba preparando para introducir impresoras 3D industriales agnósticas en cuanto a materiales que estaban específicamente diseñadas para procesar el tipo de materiales que DSM tenía para ofrecer. Había una alineación muy natural entre nuestras empresas y acordamos que la colaboración sería beneficiosa en el desarrollo de productos y negocios, a la vez que ofreceríamos una solución más completa a nuestros respectivos clientes.”
Esta reunión inicial finalmente condujo al lanzamiento de un programa de prueba en 2018, que dio a los posibles usuarios acceso al conocimiento profundo de las empresas sobre los materiales de filamento y la impresión 3D, así como a la experiencia práctica con cada uno. A partir de ahí, las empresas siguieron evolucionando a la par, centrándose no solo en la impresión 3D de filamentos de grado de ingeniería, sino también, cada vez más, en la AM basada en pellets y en los compuestos reforzados con fibras.
Desde que los socios se pusieron en marcha, la cartera ha crecido y más de la mitad de la actual cartera de FFF y FGF de DSM está formada por composites.
Filamentos o pellets, esa es la cuestión.
Antes de entrar en las distintas aplicaciones de los materiales compuestos para las que se pueden utilizar los productos de JuggerBot 3D y DSM, es importante examinar primero sus respectivas ofertas. Una de las principales cosas que hay que entender es que ambas empresas trabajan con impresión 3D de filamentos y pellets (JuggerBot 3D suministra el hardware y DSM los materiales). Ambos enfoques tienen ventajas distintas y son adecuados para diferentes necesidades.
“Una diferencia clave entre los pellets y el filamento para los compuestos de alta resistencia es la cantidad de refuerzo”, explica Fernback. “Con los filamentos, la carga de fibras está limitada a un 15-20%, porque a medida que se añaden fibras al termoplástico, éste se vuelve más frágil, lo que hace que sea cada vez más difícil de enrollar y de procesar en una impresora 3D. Con los pellets, el material puede tener entre dos y tres veces más refuerzo en comparación con los filamentos. En ese caso, los materiales son mucho más fuertes y rígidos y pueden ser mucho más resistentes al calor, etc. Esto eleva el rendimiento de estos materiales de un modo que no es posible con la impresión 3D tradicional de materiales compuestos y, por tanto, abre nuevas oportunidades a aplicaciones con mayores requisitos de rendimiento”.
En la actualidad, la cartera de productos de fabricación de granulados fundidos (FGF) de DSM consta de tres compuestos clave: Arnilene® AM6001 GF (G), Arnite® AM8527 (G) y EcoPaXX® AM4001 GF (G). Su cartera de FFF incluye el composite Novamid® ID1030 CF10, un filamento de copolímero PA6/66 relleno de fibra de carbono. Además de los materiales de filamentos y pellets, la cartera de DSM incluye resinas para la estereolitografía y la impresión 3D DLP y polvos para el sinterizado selectivo por láser.
A la hora de decidir si utilizar la fabricación con filamento fundido o con granulado fundido, JuggerBot 3D trabaja con los clientes para evaluar sus aplicaciones. “Las cosas que generalmente miramos son el material que se necesita, el tamaño de la pieza, la complejidad del diseño y las tolerancias que se necesitan. Las ventajas de la impresión 3D con filamento incluyen la producción de piezas con características más finas y, a menudo, mejores propiedades estéticas. Las ventajas de la impresión 3D con pellets incluyen un mayor acceso a materiales de mayor rendimiento (a menudo más baratos) y una impresión mucho más rápida. Por tanto, la FGF suele ser más adecuada para piezas de mayor tamaño”.
Y continúa: “Trabajamos muy estrechamente con los clientes para ofrecer una solución completa. En concreto, en nuestro trabajo con DSM, nos esforzamos por encontrar la combinación adecuada de material e impresora, proporcionando apoyo para los ajustes de impresión, los diseños de las piezas e incluso el post-procesamiento.”
La serie Tradesman™.
En 2020, JuggerBot 3D lanzó sistemas de AM de grado industrial para la impresión 3D FFF y FGF. La Tradesman Series™, que comprende la F3-32 para materiales basados en filamentos, y la P3-44 para extrusión de pellets, es adecuada para la impresión 3D industrial de gran formato utilizando una amplia gama de materiales, incluidos los compuestos de fibra picada de DSM.
La serie de impresoras 3D destaca por integrar varias características que permiten optimizar la impresión 3D de materiales de ingeniería, incluidos los termoplásticos rellenos de fibra. “Los materiales funcionales y los compuestos de alta resistencia van de la mano”, afirma Fernback. “En ambos casos es realmente importante garantizar la calidad de las piezas y su fiabilidad, así como eliminar cualquier irregularidad ambiental”.
“Esto significa secar el material adecuadamente antes de la impresión, mantener ese material seco durante todo el proceso de impresión, tener extrusores que puedan lograr un flujo de fusión consistente y tener una cama que proporcione una adecuada adhesión de la primera capa y proteja contra el alabeo. Y lo que es más importante, las impresoras deben tener un entorno de construcción con humedad y temperatura controladas para promover una adhesión óptima entre las capas y un enfriamiento uniforme. Nuestra serie Tradesman lo consigue”.
Uno de los aspectos interesantes de la Tradesman Series™ y de los materiales compuestos es que la adición de fibras picadas puede mejorar la impresión de ciertos termoplásticos funcionales. “Los materiales compuestos pueden aliviar algunos de los desafíos de procesar materiales de mayor rendimiento porque generalmente tienen un CTE más bajo”, explica Fernback. “Por ejemplo, podríamos imprimir un material de alta temperatura reforzado con un 20% de fibras sin ningún problema, mientras que el material sin relleno podría suponer un mayor desafío”.
La Tradesman Series™ se basa en una plataforma de materiales abierta, lo que significa que los usuarios pueden trabajar con filamentos termoplásticos y pellets de su elección. Sin embargo, gracias a su asociación con DSM , los usuarios pueden beneficiarse de los parámetros de proceso precalificados para comenzar su impresión rápidamente y con confianza.
“Una de las ventajas de trabajar con DSM es que podemos identificar buenos puntos de partida para nuestros clientes”, afirma Fernback. “Por ejemplo, si alguien quiere imprimir EcoPaXX AM4001 GF (G), podemos sugerir parámetros de proceso para su aplicación utilizando nuestra Tradesman Series™ P3-44. Luego pueden utilizar esos parámetros de proceso o, si lo necesitan, ajustarlos para mejorar el proceso o el rendimiento de la pieza.”
Transformación de las aplicaciones compuestas.
La combinación de los sistemas industriales de AM de JuggerBot 3D y los materiales de impresión 3D de materiales compuestos de DSM ha creado oportunidades para muchas industrias y una amplia gama de aplicaciones. Fernback destaca cinco industrias clave en las que los materiales compuestos impresos tienen el potencial de ser más disruptivos: la aeroespacial, la marina, la médica, la electrónica y la energética. Todos ellos son sectores que han implementado la fabricación convencional de materiales compuestos y que podrían beneficiarse de la impresión 3D.
Un grupo de aplicaciones clave en todos estos sectores es el de las herramientas y, en concreto, el moldeo de materiales compuestos. En otras palabras, los materiales compuestos impresos en 3D son muy adecuados para fabricar moldes para la producción de materiales compuestos más convencionales. “Una de las principales aplicaciones del utillaje para los materiales compuestos es el moldeo de estos”, especifica Fernback. “Puede utilizarse para facilitar la adopción de procesos tradicionales de fabricación de materiales compuestos. El utillaje es también la forma más rápida de obtener valor en muchos casos, en gran medida porque no requiere un cambio filosófico en la forma de hacer negocios. Seguimos usando una herramienta, sólo que utilizamos un medio más eficaz para construirla, lo que significa que cuesta menos y tiene plazos de entrega más rápidos.”
La impresión 3D de materiales compuestos también es adecuada para producir piezas de uso final y puede permitir nuevas geometrías y diseños de piezas. Las aplicaciones de uso final incluyen componentes estructurales para la construcción, componentes para equipos médicos como resonancias magnéticas y escáneres CT, blindaje para sistemas eléctricos, piezas de fontanería y mecánicas, etc. Además, la AM tiene la ventaja de ofrecer menores costes iniciales y mayor agilidad. En estos casos (y especialmente en el caso de la extrusión de pellets, que es adecuada para piezas rápidas y de gran tamaño) pueden entrar en juego el mecanizado CNC y otras técnicas de pos-procesamiento para lograr tolerancias más estrictas y acabados superficiales de mayor calidad.
“Soy muy optimista sobre el impacto que tendrán juntos la impresión 3D y los materiales compuestos. La impresión 3D, especialmente la de pellets, ayuda a reducir el coste de la fabricación tradicional de materiales compuestos, al tiempo que mejora el tiempo de respuesta y el diseño de las piezas de este material. Los materiales compuestos, por su parte, ayudan a mejorar el rendimiento de las piezas impresas en 3D, creando así nuevas aplicaciones y valor en el mundo de la fabricación.”
Sintoniza este mes de mayo.
Para ilustrar aún más las ventajas únicas de la impresión 3D de materiales compuestos, JuggerBot 3D y DSM organizarán un seminario web, “Tendencias de fabricación aditiva: Printing High Strength Composites”, el 20 de mayo de 2021 a las 11am EDT. El evento en línea forma parte de la colaboración más amplia de los socios para promover la adopción de materiales compuestos y AM industrial.
“Tenemos programas de prueba con Covestro, somos autores de guías de diseño para la impresión 3D de filamentos y de pellets, y constantemente sacamos contenidos educativos y ofrecemos servicios, como el seminario web que se celebrará este mes de mayo”, dice Fernback. “En este evento, nos centraremos en lo que constituye un compuesto de alta resistencia para la impresión 3D y en cómo definirlo. Vamos a profundizar tanto en el lado del material como en el de la impresión 3D para ofrecer un ejemplo del tipo de trabajo que hacemos y de lo que está disponible a través de nuestro programa de pruebas.”
Puede inscribirse en el evento gratuito en línea del 20 de mayo de 2021 aquí.
Artículo original disponible en: 3dprintingmedia.network