Procesamiento de materiales en polvo para sistemas de fabricación aditiva a base de plástico, cerámica o metal.

Los términos «impresión 3D», «Rapid Prototyping» y «fabricación por adición» son sinónimos utilizados para un proceso de fabricación en el que los componentes tridimensionales son creados aplicando el material en capas en sentido contrario al de la dirección de la gravedad. La estructura en capas se logra mediante una generación de datos -controlada por computadora- de los componentes CAD en 3D, mismos en los que un polvo generalmente fino es fundido puntualmente con ayuda de una fuente de energía, normalmente con un láser. Posteriormente, se añade de nuevo un polvo, el láser comienza otra vez con el proceso de fusión en las zonas previamente especificadas y une la capa interior. Los materiales que pueden utilizarse en este tipo de procesos son metales, plásticos, cerámica, resinas sintéticas, así como materiales de carbono y grafito. Asimismo, en diversos laboratorios de biología celular, también se están llevando a cabo investigaciones sobre la generación de tejidos u órganos, a partir de un proceso de fabricación aditiva basado en un mecanismo de unión completamente diferente.

Impacto de la impresión 3D en la industria

La impresión tridimensional es un aspecto interesante de la actual discusión sobre la industria 4.0 y, revolucionará a futuro, junto con otros procesos aditivos, los métodos de producción como una tecnología clave en la era de la digitalización. Este proceso será siempre el ideal dadas las siguientes tres condiciones: una estructura geométrica compleja, un bajo número de piezas y un alto grado individualización. Esto ocurre, por ejemplo, cuando hay que reparar máquinas cuyas piezas de repuesto han sido descontinuadas. El componente tridimensional, diseñado previamente, se convertirá en un elemento físico mediante una transformación directa de los datos.

A diferencia de los convencionales procesos de producción mecanizados no se requieren dispositivos ni moldes o herramientas específicas para el producto. Dependiendo de la reducción en el volumen de los componentes o de la anulación de la remoción de material, se puede llegar a reducir el gasto de recursos en comparación con un proceso de eliminación de material (Fuente: VDI Zentrum Ressourceneffizienz). A su vez, el proceso genera las propiedades mecánico-tecnológicas durante la fase de producción. Aunado a esto, se pueden llegar a conseguir estructuras complejas que serían imposibles de obtener mediante un proceso de producción convencional. Por ende, la impresión 3D se vuelve más económica en medida que la complejidad de la geometría de los componentes aumenta y la cantidad de piezas disminuye.

Es por ello que la impresión tridimensional es utilizada en numerosos sectores de la industria. Además de los componentes clásicos en la ingeniería mecánica, la ingeniería automotriz, la construcción de maquetas y la arquitectura, la fabricación de prótesis es concebible en la medicina y la odontología. No sin olvidar que este método también resulta ideal para la transformación inmediata de los resultados intermedios obtenidos en la biomimética. Especialmente cuando se intenta trasladar las estructuras de resistencia de las fibras vegetales a las construcciones de soporte modernas.

¿Cómo funciona la Impresión 3D?

Para empezar, se esparce una cama de polvo que cuente con suficiente densidad de ocupación. Por medio de un input de energía controlado con precisión, los cúmulos de partículas se funden en las estructuras meta. De esta forma, el exceso de polvo se elimina y se prepara idóneamente a fin de facilitar la organización en capas. Para ello, las partículas deben ser suficientemente estables y el tamaño de estas, su densidad de masa y propiedades reológicas deben conservarse en gran medida. Por otra parte, las etapas del proceso tienen que seguirse rápidamente a fin de asegurar el rendimiento económico. Es por eso que estos procesos se llevan a cabo, en gran parte, con la ayuda de sistemas neumáticos de succión; algo que requiere velocidades relativamente altas en el sistema, pero que también puede favorecer la potencia de este mismo. Asimismo, los polvos que se vayan a utilizar deben estar excelentemente acondicionados.

Algunos problemas similares en la producción se encuentran también en la micro-sinterización por láser selectiva:
El polvo es aplicado en la cama de polvo con una cuchilla; este proceso suele requerir mucho tiempo. Por su parte, las propiedades de fluidez del polvo en cuestión influyen enormemente en la homogeneidad de la cama de polvo, ya que los polvos deben fluir tan fácilmente como sea posible. Para ello es ideal que la forma de las partículas sea esférica y que la distribución de su tamaño sea mínima. Además, las acumulaciones deberían ser eliminadas ya que, de lo contrario, se pueden llegar a producir defectos planos o lineales en los componentes. No obstante, los efectos de adherencia tanto en la espátula como en la plataforma de procesamiento resultan desagradables, pero casi imposibles de evitar. Por sí, la mayoría de los polvos utilizados tienen un tamaño de partícula inferior a 10 µm y se comportan de manera cohesiva. En la aplicación práctica, algunas veces se acondicionan los polvos cubriéndolos con aditivos nanoscópicos. Estos procesos se llevan a cabo provechosamente en mezcladores industriales de precisión o en los procesos de lecho fluidificado. De esta forma se pueden prevenir tanto los efectos de adherencia como las acumulaciones no deseadas, al mismo tiempo que se optimiza la fluidez de los polvos. -Los polvos se vuelven automatizables

La importancia de mezcladores industriales, secadores al vacío y reactores de síntesis correctos para el procesamiento óptimo de materiales en polvo para la impresión 3D

Los mezcladores industriales, secadores al vacío y reactores de síntesis, desempeñan funciones muy importantes tanto en la pulvimetalurgía como en la fabricación de polímeros. Si el agente de recubrimiento se presenta como una solución o suspensión débil y, se mezcla con un polvo microscópico, se puede llegar a lograr un recubrimiento nanoscópico de cada una de las partículas. En concreto, esto significa que el polvo se humectará uniformemente y, como resultado, cada partícula deberá estar humedecida en su totalidad. Si la fase acuosa se llegara a secar posteriormente, se logrará un recubrimiento uniforme de cada una de las partículas. En el mejor de los casos, el proceso de secado debería llevarse a cabo mediante agitación de forma especialmente rápida y sutil.

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Corriente absoluta en Secador de Mezcla Cónico / Reactor de amixon®

Es por eso que, para facilitar una etapa del proceso como esta, se recomienda el uso de un secador vertical de mezcla, en cuyo centro oscila una herramienta de mezclado en forma de hélice. Esta, a su vez, crea una corriente absoluta de los materiales mezclados, transportando los productos de manera ascendente en la periferia y luego dejándolos fluir hacia bajo, en el centro, como efecto de la fuerza de la gravedad. Así, el proceso de flujo libre de espacios muertos se ejecuta a una baja frecuencia de rotación, así como a una mínima tensión de cizallamiento para las partículas. Por su parte, todas las partículas se encuentran permanentemente en movimiento y fluyen a través de todo el tanque de mezcla. Asimismo, la evaporación de la fase acuosa se favorece mediante el calentamiento de los polvos.

Una característica del tanque de mezcla es que, no solo sus paredes están reforzadas con el doble de revestimiento, sino también el eje, los brazos y la hélice del dispositivo de mezcla; propiciando así que un fluido térmico (ya sea aceite térmico, agua o vapor) fluya a través de ellos en un circuito cerrado.

Descarga total casi hasta un 100%

Para el procesamiento del lote y para la garantía de la calidad, la delimitación ideal de la carga libre de mezcla transversal es de suma importancia. Este requisito se puede cumplir, de gran manera, con el dispositivo que se describe aquí: El tanque de mezcla cónico y la espiral convexa permiten que la mezcla de materiales salga libre de segregación y residuos. En ocasiones, cantidades muy pequeñas de aditivos de flujo extremadamente livianos como, por ejemplo, la sílice pirógena con densidad aparente es de 150 g/dm³, un tamaño de partícula de 10µm y una superficie específica de 350 m²/g- deben mezclarse homogénea y delicadamente en los polvos.

Sin embargo, en la práctica, puede llegar a ocurrir que, inesperadamente esta fracción ligera levite por encima del polvo. De ser así, el proceso de mezclado se vería enormemente perjudicado, sobre todo porque la mezcla debe realizarse de forma rápida y extremadamente suave. Esto se debe a que los aditivos de flujo son solamente efectivos si se mezclan de forma suave y homogénea, pero nunca si se trituran. Es aquí cuando se necesitan soluciones aprobadas, que pueden ser previstas por amixon GmbH gracias a sus 37 años de experiencia. Esto aplica también, cuando por ejemplo, tan solo 100g de hollín nano disperso tienen que mezclarse homogéneamente en un polvo metálico con una masa de 35 t.

Revestimientos cerámicos para el procesamiento de materiales en polvo destinados a la impresión 3D: En caso de que se tenga que mantener a los polvos libres de cualquier abrasión metálica durante el mezclado, se contemplará el uso de revestimientos especiales en los mezcladores/secadores de mezcla. Del mismo modo, se ofrecerán soluciones similares cuando los polvos son especialmente abrasivos y haya que contrarrestar el desgaste prematuro de los dispositivos de mezcla.

amixon®: La solución perfecta para su equipo industrial

Por su parte, prácticamente todas las máquinas de procesamiento fabricadas por amixon® son un prototipo -individual- a veces en los detalles más mínimos pero decisivos, adaptables a los requerimientos de cada cliente y a cada rama de la industria. En conformidad, al cliente final le satisface poder discutir abiertamente sobre sus expectativas particulares con el fabricante de su futuro equipo industrial. Teniendo en cuenta la confidencialidad estricta, esto es el fundamento que lo puede ayudar a obtener grandes ingresos.



amixon® Secador de Mezcla al Vacío Reactor AMT 2000

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