Las impresoras 3D también pueden con la cerámica

Las impresoras 3D también pueden con la cerámica.

El patrón de panal seguido en la impresión añade un extra de resistencia al material cerámico.
El patrón de panal seguido en la impresión añade un extra de resistencia al material cerámico. HRL LABORATORIES, LLC

Con el calor suficiente, no hay material que se le resista a una impresora 3D. Primero fueron los plásticos y materias orgánicas blandas como el chocolate. Después le tocó el turno al acero y, más recientemente al vidrio. Pero la cerámica es otra cosa. No solo no se funde como los otros materiales, su proceso de fabricación exige una presión y temperaturas que la hacían inmune a los encantos de la impresión 3D. Sin embargo, un grupo de ingenieros ha encontrado la manera de usar una impresora comercial para conseguir estructuras cerámicas mucho más resistentes que las industriales.

La cerámica, el gres, la porcelana o los azulejos son materiales a base de arcillas (silicatos de aluminio) cuyo método de fabricación básico se remonta al Neolítico. A escala industrial, mediante un procesado denominado sinterizado, la arcilla en polvo es sometida a prensado con miles de kilos de presión por centímetro cuadrado y cocción por encima de los 1.500º. Una vez elaborada la pieza, solo materiales tan duros como el corindón o el diamante la pueden mecanizar, así que las piezas defectuosas suelen acabar en la basura.

En los años 60, el descubrimiento de polímeros (macromoléculas) de materiales cerámicos facilitó la fabricación de la cerámica pero no hasta el punto de que una impresora pueda con ella. Hay unas cuantas impresoras 3D que se han atrevido a trabajar con partículas cerámicas disueltas en resinas fotosensibles o polvos cerámicos fundibles, pero sus resultados son tan lentos de obtener, toscos, simples y frágiles que algunos pioneros como Shapeway desistieron de imprimir cerámica.

“Nuestro nuevo proceso de impresión 3D nos permite aprovechar todas las grandes propiedades de la cerámica, como si gran dureza, su resistencia, su alta refracción o su resistencia a la corrosión y la abrasión”, dice Tobias Schaedler. Este científico de materiales y sus colegas de los Laboratorios HRL (EE UU) han encontrado la manera de sortear los problemas que plantea este material tan duro y frágil a la vez. “Hasta ahora, los elementos cerámicos eran muy difíciles de fabricar porque necesitan ser consolidados mediante el sinterizado de los polvos, lo que introduce el problema de la porosidad y limita tanto las formas a conseguir como la resistencia”, comenta Schaedler.

El nuevo proceso usa impresoras 3D ya existentes en el mercado

Lo que ellos han hecho ha sido convertir materiales artificiales precursores de la cerámica como el siloxano o el silazano en resinas sensibles a la luz ultravioleta. Como con los modernos empastes, la resina se endurece al aplicarle luz. Los investigadores usaron una impresora 3D (una Form 1+ de Formlabs) para imprimir desde un sacacorchos hasta varias estructuras en forma de malla o panal. Para el primero, usaron una de las técnicas dominantes en la impresión 3D, la estereolitografía. Pero para las estructuras, recurrieron a un original sistema de guiado de la luz (SPPW) que iba endureciendo la resina siguiendo un patrón determinado.

“Usando la estereolitografía, se necesitan de cuatro a ocho horas para tener una estructura de cinco centímetros. Con nuestro proceso SPPW, podemos imprimir paneles de 2 cm de grosor en 60 segundos, pero la forma se limita a mallas, panales de abeja o estructuras similares”, explica Schaedler.

El siguiente paso fue endurecer las impresiones mediante la cocción. Para ello usaron el procedimiento de pirólisis, horneando los materiales a 1.000º y en ausencia de oxígeno. Con ello consiguieron unas cerámicas, en particular las impresas con SPPW, de muy baja porosidad y una gran resistencia al corte y la presión. “Logramos una cerámica plenamente densa con una resistencia 10 veces mayor que la de las espumas cerámicas convencionales”, asegura el científico de materiales.


El microscopio electrónico muestra la ausencia de poros en la malla (arriba) y las marcas y fracturas en el sacacorchos.
El microscopio electrónico muestra la ausencia de poros en la malla (arriba) y las marcas y fracturas en el sacacorchos. ECKEL ET AL.

Sin embargo, la necesidad de la pirólisis aleja la impresión de cerámica del fenómeno de democratización que vive la impresión 3D, donde casi cualquiera puede imprimir ya casi cualquier cosa. “Para la pirólisis solo necesitas un horno que pueda alcanzar los 800º en una atmósfera inerte (argón o nitrógeno, no aire). Muchos artistas usan este tipo de hornos en sus estudios. Uno de esos cuesta entre 2.000 y 4.000 dólares y la impresora la compramos por unos 3.000. Así que creo que cualquiera puede hacerlo en su garaje”, replica Schaedler.

En todo caso, los autores de este avance, publicado en la revista Science, dejan claro que se trata de un primer paso y que, como pasó con otros materiales, como el plástico o el acero, la impresión 3D de cerámica avanzará siguiendo sus pasos: cada vez más objetos, mayor calidad y menor coste. En el caso de las cerámicas, Schaedler, estima que aún faltan unos cinco años para que el proceso sea una realidad comercial. Para entonces, cree que no se tratará de imprimir un sacacorchos o unas cuantas baldosas para casa, sino para algo más sofisticado, “desde componentes de motores de reacción y vehículos hipersónicos a intrincadas partes de dispositivos de microelectrónica”.

Origen: Las impresoras 3D también pueden con la cerámica.

Fabricación aditiva

Fabricación aditiva 3d, por SLS

Seguimos con el repaso a las diferentes tecnologías de impresión 3D con las que trabajamos en Printed Dreams.Hoy toca hablar de la tecnología SLS (Sinterizado selectivo por láser), la cual está basada en el uso de un láser de alta potencia para fusionar el material con el que estemos trabajando (nylon, metales, plásticos…).El modo de funcionamiento de esta tecnología esta basado en la solidificación de finas capas de polvo de diferentes materiales mediante el láser anteriormente comentado.

La impresora 3D deposita una fina capa de polvo de aproximadamente 0,1 mm y el láser solidifica la parte deseada para la construcción de la pieza, posteriormente realiza otra vez otra deposición del material volviendo a solidificar las partes deseadas.

Fuente: Wikipedia:

En este artículo vamos a dejar fuera los metales (los cuales explicaremos en posteriores artículos). Los materiales mas habituales utilizados con SLS son poliamidas basadas en nylon y derivados de estas (PA+ fibra de vidrio, PA+ aluminio, PA+ fibra carbono…).Tecnología 3D ideal para industria.

Normalmente las piezas obtenidas con esta tecnología de fabricación aditiva son muy resistentes, principalmente por las características del nylon, tienen un aspecto poroso y permiten ser tratadas posteriormente con diversos procesos.Gracias en gran parte a la precisión de los láser esta tecnología permite imprimir detalles pequeños con gran resolución y con una buena resistencia.

Además es posible crear piezas complejas sin subestructuras o con rellenos casi inexistentes debido a que una vez terminada la impresión es necesario limpiar el material sobrante(polvo).

Esta tecnología de impresión 3D que trabaja Printed Dreams esta especialmente orientada al sector industrial, ya que permite a los ingenieros crear piezas complejas y con una gran resistencia que pueden actuar como prototipo o directamente como pieza final en muchos casos.

Si queréis mas información sobre la tecnología SLS o presupuesto de prototipos podéis encontrarla aquí o contactando directamente con Printed Dreams en el email info@printeddreams.es.

Origen: Printed Dreams

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