¿Cómo conseguir piezas ABS de calidad a escala mediante fabricación aditiva?

Según un informe de MarketsandMarkets, el mercado de la impresión 3D de polímeros está creciendo. Con un valor calculado de 1.700 millones de dólares en 2023, se espera que alcance los 4.400 millones para 2028. Entre los termoplásticos más utilizados en la industria manufacturera se encuentra el ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), más conocido por su resistencia a los impactos, su resistencia a las bajas temperaturas y su ligereza. Gracias a estas características, se utiliza en numerosas aplicaciones: prototipos, piezas de electrodomésticos, interiores de automóviles, engranajes, válvulas, herramientas, etc.

El método de producción más utilizado para piezas de ABS en grandes lotes es el moldeo por inyección. Sin embargo, la fabricación aditiva se utiliza igualmente para prototipos y pequeñas series. Una limitación en este campo la encuentran los usuarios que están aumentando su producción y, por tanto, necesitan pasar rápidamente de la creación de prototipos a la producción en volumen. La tecnología STEP (Selective Thermoplastic Electrophotographic Process) de Evolve Additive Solutions encaja en este segmento de mercado, ofreciéndose como una alternativa viable al moldeo por inyección para la producción de piezas ABS de calidad a escala. ¿Cómo? Profundicemos un poco más en el tema.

Conjunto de soportes de ABS impresos en 3D con tecnología STEP.

¿Cómo funciona STEP?

La tecnología STEP de Evolve forma parte de la familia de tecnologías aditivas. Sin embargo, no se corresponde exactamente con ninguno de los procesos de impresión 3D descritos actualmente en la norma internacional ISO/ASTM 52900:2021.

STEP implica la creación de piezas capa a capa, pero el núcleo de la tecnología se basa en la impresión digital 2D de alta velocidad. Se estructura en 3 pasos. El primero es la creación de imágenes, en el que las partículas de la pieza y los materiales de soporte se depositan selectivamente en una cinta móvil mediante electrofotografía. El segundo es la alineación, donde las imágenes se calientan y se transfieren a la placa de construcción. Por último tiene lugar la fusión, es decir, bajo el efecto del calor y la presión, las partículas se fusionan con la capa de construcción y después se enfrían por debajo de la temperatura de transición vítrea. Las capas completas de la pieza y el material de soporte se depositan una tras otra, produciendo así la pieza 3D. “Hemos encontrado una forma de micronizar termoplásticos de ingeniería para que se comporten como tóner en una impresora 2D”, explica John Lees, vicepresidente de ingeniería de Evolve Additive.

Lo interesante de STEP, y lo que según Evolve distingue esta tecnología de otros procesos aditivos, es que permite producir piezas totalmente densas. Esto se debe a que el rodillo aplica la imagen sobre la capa de impresión ejerciendo presión, lo que, combinado con el calor, garantiza una adhesión óptima. La máquina comercializada por Evolve, la SVP™ (Scaled Volume Production), también escanea la capa en cada pasada para identificar cualquier variación en la altura, compensándola mediante el ajuste de la deposición en las capas siguientes. Según Evolve, en comparación con otros procesos aditivos, STEP permite así obtener piezas de gran precisión con propiedades mecánicas superiores que son escalables.

Una unidad de fabricación de la máquina SVP incluye 92 juegos de soportes para un total de 736 soportes, impresos en 6,5 horas.

Producción de piezas con ABS: Comparación entre STEP y otras tecnologías

Una vez que hemos dado una visión general de la tecnología, vamos a entender por qué difiere de otros procesos de fabricación aditiva. También entenderemos por qué podría ser una alternativa viable al moldeo por inyección cuando se trata de producir piezas de ABS escalables. En primer lugar, en cuanto a los materiales, STEP utiliza dos tipos de ABS: uno negro y otro gris claro. El proceso también funciona con un nylon PA11, que ofrece mayor elongación y una temperatura de reblandecimiento más elevada.

En términos de velocidad de impresión, la tecnología es más rápida en comparación con, por ejemplo, los procesos Powder Bed Fusion. Esto se debe a que estas tecnologías requieren el uso de todo el volumen de fabricación y, por tanto, tiempos más largos para cambiar entre series de producción, lo que no es necesario con STEP. De hecho, el proceso se puede detener una vez que la pieza está lista y, una vez extraída, se puede iniciar uno nuevo inmediatamente.

Si nos fijamos en la precisión y el detalle de la pieza, el grosor de la capa para STEP es de 13 micras, con la rugosidad de la superficie es de 3-6μm y partículas de 22μm que permiten producir piezas resistentes y de alta resolución. El motor de impresión Kodak NexPress, que utiliza esta tecnología, tiene una resolución de 600 ppp, equivalente a un tamaño de píxel de 40 micras. Al tratarse de un proceso electrofotográfico, no se enfrenta a los mismos retos térmicos que otros procesos de impresión 3D, como los límites de densidad de potencia. Por ello, Evolve pretende superar las limitaciones «históricas» de la fabricación aditiva con STEP y, en especial, la relación entre velocidad de impresión y resolución.

Una pieza de ABS densa puede cumplir los requisitos de manipulación de aire o fluidos.

Si lo comparamos con el moldeo por inyección, aunque STEP no puede ofrecer la misma producción de gran volumen, proporciona las mismas propiedades mecánicas y la misma calidad para las piezas de ABS. Esto, como se preveía, es un punto a favor de este proceso de fabricación aditiva, que podría ser una buena solución para las pequeñas y medianas empresas que buscan escalar su producción.

Dada la relativa rapidez de STEP, la tecnología puede servir eficazmente de puente entre la creación de prototipos y la producción en serie. En términos de coste, puede ser una solución para las pymes que desean ampliar su escala, pero no pueden invertir en el moldeo por inyección.

Impresión 3D de piezas finales con ABS para la producción en serie

Como hemos mencionado, los componentes de ABS se utilizan en numerosas industrias y aplicaciones. Entre ellas, la de los sistemas de riego y la de los componentes eléctricos. Ambos sectores, además de beneficiarse de las propiedades del material, tienen en común la necesidad de producir piezas pequeñas y detalladas en series de producción no demasiado grandes. Por eso, el moldeo por inyección no suele ser la opción más acertada, ni siquiera teniendo en cuenta el coste adicional de los moldes.

En estos casos, la tecnología STEP ha permitido crear válvulas para aspersores, válvulas antirretorno y colectores de prueba de presión para sistemas de riego. En estos casos, el ABS es químicamente resistente a los ácidos acuosos, los álcalis y los ácidos clorhídrico y fosfórico concentrados. Además, esta tecnología podía proporcionar las características esenciales requeridas en estas piezas, como densidad, ausencia de huecos y de problemas de porosidad.

Válvulas antirretorno con una bola de flotación libre en su interior, fabricadas mediante el proceso STEP.

Otro caso de uso de la tecnología STEP para la fabricación de piezas finales de ABS es la producción de carcasas de interconexiones eléctricas. Este proceso fue útil por la capacidad de combinar precisión y velocidad, permitiendo al usuario final crear 195 piezas en poco menos de dos horas. Con una rotación estándar de tres turnos, esto supone una producción de más de 300.000 piezas al año.

El uso de la tecnología STEP para estas aplicaciones, tanto en la creación de prototipos como en la producción, permite a los usuarios reducir los riesgos que conlleva el uso de múltiples procesos de producción. Descubre por ti mismo la tecnología STEP solicitando una pieza de muestra gratuita aquí. 

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*Créditos de todas las fotos: Evolve Additive Solutions