10 razones por las que el diseño en la fabricación aditiva (DfAM) es importante
A estas alturas, si estás involucrado en la fabricación aditiva, sabe lo importante que es el diseño para la creación de una pieza, siendo el modelado el primer paso en cualquier proceso de impresión 3D. El diseño para la fabricación aditiva o DfAM, como se conoce más comúnmente, es definido como los métodos y herramientas de diseño que pueden optimizar las piezas que se crean mediante la fabricación aditiva. Así, el DfAM permite a los usuarios aprovechar las ventajas de la libertad de diseño presente en la impresión 3D, que es clave para crear piezas funcionales y de alto rendimiento. Incluso con ese conocimiento, el DfAM a menudo pasa desapercibido en la industria. Pero, ¿por qué es importante? ¿Qué ventajas puede aportar a las piezas? Exploramos estas cuestiones en nuestro nuevo formato editorial, donde enumeramos 10 razones por las que el DfAM es importante en la impresión 3D.
1. Reducción de errores de impresión 3D
Los fallos de impresión son la perdición de cualquier usuario de las tecnologías de fabricación aditiva. Especialmente con procesos altamente industriales, como LPBF o SLS que utilizan láser, o materiales caros como PEEK y PEKK, los pequeños errores que arruinan la pieza pueden realmente hacer retroceder a los usuarios en términos de coste y tiempo. Aquí es donde el valor del DfAM se hace evidente . Gracias al diseño es posible orientar y apoyar correctamente el modelo, lo que contribuye en gran medida a garantizar propiedades como la isotropía y la ausencia de warping. También permite a los usuarios elegir los ajustes de relleno y capa adecuados para una pieza. Esto, a su vez, reduce significativamente los fallos de impresión.
La orientación de la corrección es una de las consideraciones de DfAM. (Créditos: Protolabs)
2. Impresión 3D más rápida
La velocidad es una de las principales ventajas de la fabricación aditiva, ya que las tecnologías permiten a los usuarios crear piezas en una fracción del tiempo que se emplearía con los métodos de fabricación convencionales. Sin embargo, esa velocidad no viene dada de por sí. Con DfAM, es posible optimizar el diseño utilizando trucos como las estructuras reticulares para mantener la resistencia al tiempo que se minimiza la cantidad de material necesario. También permitirá a los usuarios minimizar las estructuras de soporte, lo que, como se verá más adelante, también reduce el tiempo de impresión.
3. Diseños más complejos
En la impresión 3D, no existe ninguna dificultad adicional cuando un diseño es más complejo. Por lo tanto, DfAM permite a los usuarios crear geometrías significativamente más complejas que las que se realizarían utilizando reglas de diseño más tradicionales. Gracias al software, es posible diseñar e imprimir piezas con una geometría mucho más compleja, especialmente en el caso del metal. En esta complejidad es donde realmente vemos la libertad que la impresión 3D aporta a los usuarios.
4. Optimización del peso-rendimiento
Conectando con el ejemplo anterior, DfAM también permite a los usuarios aprovechar diferentes software de diseño para optimizar una pieza. Una de las razones por las que la impresión 3D es tan codiciada en sectores como el aeroespacial y la automoción es porque permite crear piezas sustancialmente más ligeras al tiempo que mantienen su resistencia y otras propiedades, ofreciendo una relación peso-rendimiento superior. Esto puede lograrse integrando estructuras reticulares o utilizando la optimización topológica y el diseño generativo para una pieza. Estos métodos están diseñados para optimizar y generar piezas que tengan menos material sin dejar de cumplir restricciones específicas como la resistencia. Y mientras que en la fabricación tradicional las piezas resultantes pueden ser demasiado complicadas de fabricar, esto no es un problema en la impresión 3D, como se ha mencionado anteriormente.
Una de las formas en que se puede utilizar DfAM es con la optimización topológica. (Créditos: nTop)
5. Menos estructuras de soporte
A menudo puede ser fácil ver las estructuras de soporte como un “mal necesario” en la impresión 3D. Aunque los soportes son absolutamente fundamentales para garantizar que una pieza no se deforme durante el proceso de impresión 3D, también implican un mayor uso de material. Esto afecta tanto al coste como al tiempo, además de alargar el post-procesamiento y afectar al aspecto de la pieza. Aquí es donde el DfAM puede desempeñar un papel importante. Mediante un diseño cuidadoso de las piezas, como la reducción de los voladizos, la mejora de la orientación o la elección correcta de los ajustes de relleno, los usuarios pueden requerir menos soportes a la hora de fabricar las piezas.
6. Reducción del postratamiento
Siguiendo con el punto anterior, otra razón importante por la que es importante el DfAM es que permitirá a los usuarios reducir el postratamiento. Una de las principales razones por las que esto puede hacerse es mediante la optimización de las estructuras de soporte, lo que significa que se empleará menos tiempo en eliminarlas. También, al orientar la pieza correctamente o reducir la altura de la capa (ambas consideraciones importantes en DfAM), se pueden abordar cuestiones como la suavidad de la superficie incluso antes de que comience la impresión. Si estas cosas no se tienen en cuenta, a menudo el postprocesado llevará mucho más tiempo, de ahí la ventaja de recurrir al DfAM.
7. Consolidación de piezas
Otra razón por la que el diseño para fabricación aditiva es importante es la consolidación de piezas. Especialmente en sectores como el aeroespacial y la automoción, la capacidad de consolidar varias piezas en una sola a través de geometrías más complejas es fundamental. Un ejemplo de ello es el hipercoche Czinger 21C, cuyo fabricante, Divergent 3D, afirma haber sido capaz de consolidar miles de piezas en sólo unos cientos, reduciendo significativamente el peso y aumentando el rendimiento. Este tipo de consolidación sólo es posible a través de la impresión 3D y puede hacerse aprendiendo y adoptando la regla de DfAM.
8. Mayor escalabilidad y producción en masa
Es cierto que este punto no se aplica necesariamente a todas las tecnologías de impresión 3D por igual. No todas son adecuadas para la producción en masa o la escalabilidad por diversas razones. Sin embargo, en el caso de tecnologías como SLS, DMLS, impresión 3D con resina y binder jetting, el DfAM puede desempeñar un papel fundamental en el escalado de la producción. Mediante el diseño, se puede colocar el máximo número de piezas en el volumen de construcción a través del apilamiento. Tener en cuenta el DfAM puede ayudar a los usuarios a superar una de las principales críticas a la impresión 3D, que no se adapta bien a la producción en masa.
Piezas apiladas para su fabricación mediante impresión 3D de resina. (Créditos: 3D Systems)
9. Reducción de costes
Las geometrías complejas y las piezas más ligeras son razones clave por las que el DfAM es importante, pero ¿cuáles son los beneficios de poder crearlas si el coste es demasiado elevado? Por suerte, se ha demostrado que un buen diseño también reduce los costes de fabricación de las piezas. En 2020, The Barnes Group argumentó que el 86% del coste de la pieza en fabricación aditiva se debía al diseño. Sólo a través del diseño se puede reducir la cantidad de material utilizado y, al mismo tiempo, mantener la resistencia y otras propiedades. En última instancia, esto repercute en el coste final de la pieza. Además, es importante tener en cuenta que más complejo no significa más caro. De hecho, dependiendo del diseño, podría ser todo lo contrario.
10. Optimización basada en la tecnología 3D
Por último, pero no por ello menos importante, el DfAM permite a los usuarios optimizar la pieza en función de la tecnología de impresión 3D utilizada. Existen siete familias de tecnologías 3D con incluso más procesos incluidos en ellas y con diferencias significativas entre ellas. Un ejemplo son las tecnologías basadas en polvo, en las que los diseños probablemente deberían integrar orificios de escape para garantizar que las piezas se imprimen huecas (lo que no sería una preocupación en la impresión 3D FDM o de resina). Mientras tanto, en la impresión 3D FDM, la anistropía es común, por lo que DfAM puede ayudar a mejorar la isotropía en las piezas si es necesario.
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