La impresión 3D más inteligente hace mejores piezas más rápido

Es posible que pronto las impresoras 3D mejoren la producción de piezas complejas de metal y plástico, gracias al nuevo software desarrollado en la Universidad de Michigan que reduce la acumulación de calor nocivo en las impresoras de fusión de lecho de polvo láser.

Llamado SmartScan, el software demostró una mejora del 41 % en la distribución del calor y una reducción del 47 % en las deformaciones en un estudio reciente.

También es probable que acelere el proceso de fabricación de dos maneras: al reducir la necesidad de que las impresoras disminuyan la velocidad para ayudar con el enfriamiento y al reducir significativamente los defectos causados ​​por el calor que deben corregirse después de la impresión.

La fusión de lecho de polvo por láser es una forma de impresión 3D utilizada en las industrias aeroespacial, automotriz y biomédica para fabricar piezas que son demasiado complejas para fabricarlas con la fabricación convencional. Utiliza un láser para fusionar capas de metal en polvo o plástico. Pero el calor del láser puede acumularse en las partes delicadas que se están imprimiendo, causando deformaciones y otros defectos.

«Este problema se vuelve aún más serio para las piezas con características realmente delgadas», dijo Chinedum Okwudire, profesor asociado de ingeniería mecánica de la UM y autor correspondiente del artículo en Additive Manufacturing. «El calor no tiene mucho espacio para propagarse, por lo que debe ser inteligente acerca de cómo mueve el láser, de lo contrario, su parte se deformará de formas realmente extrañas».

SmartScan aborda el problema considerando cómo fluye el calor dentro de una pieza determinada y mapeando una secuencia de escaneo optimizada para limitar la acumulación de calor en cualquier área determinada. Analiza la forma de la pieza y las propiedades térmicas del material que se utiliza, incluida la transferencia de calor por conducción y convección.

Otros en el campo han experimentado con diferentes patrones de impresión para reducir la acumulación de calor, por ejemplo, saltando de un área a otra o alternando entre las direcciones de escaneo horizontal y vertical. Pero Okwudire dice que SmartScan es la primera solución que utiliza un modelo térmico para guiar de manera óptima el láser para distribuir el calor de manera más uniforme.

«Cuando incorporas la ciencia, puedes hacerlo de una manera mejor y que funcione incluso para las partes más intrincadas», dijo Okwudire.

Para determinar la eficacia de esta primera versión de SmartScan, los investigadores utilizaron un láser para imprimir un patrón idéntico en dos placas de acero inoxidable. Utilizaron el proceso SmartScan para la primera plancha y cambiaron a patrones de impresión tradicionales para la segunda plancha. Las impresiones realizadas con SmartScan estaban constantemente menos deformadas y mostraban una distribución de calor más uniforme durante el proceso de marcado que los otros métodos.

Según los resultados del experimento, el equipo confía en que, con más investigación, podrán adaptar SmartScan para construir piezas 3D completas. Planean mejorar aún más el software teniendo en cuenta la fusión de polvo de metal o plástico en su modelado térmico, además de permitir la actualización activa de una secuencia de escaneo durante la impresión en función de las mediciones de temperatura observadas en tiempo real utilizando una cámara infrarroja.

«Los resultados son muy prometedores y hemos recibido muchos comentarios positivos», dijo Okwudire, quien comenzó a demostrar el software a los socios de la industria. «Elegimos un modelo simple porque funciona, y funciona mejor que los enfoques de prueba y error que se usan hoy. Queríamos enfocarnos en una dirección que sea práctica y que realmente tenga la oportunidad de marcar la diferencia».

La investigación fue publicada en Fabricación aditiva.