Hacer que las impresoras 3D de metal sean más accesibles


Agustín Cruz

La impresión 3D de metal ha comenzado a ganar mucha tracción porque la impresión 3D de metal es un proceso de fabricación aditiva, a diferencia de la mayoría de los otros tipos de procesos de fabricación de metal que se basan en la fabricación sustractiva que requiere un desperdicio de energía y materiales, que puede imprimir fácilmente metal complejo. partes. Pero la tecnología de impresión 3D de metal aún está lejos de ser popular en la mayoría de los lugares de trabajo. Agustín Cruz, creador de una impresora 3D de metal de código abierto, dice en interacción con Sharad Bhowmick de EFY que hacer que las impresoras 3D de metal sean más accesibles permitirá a las personas acelerar la innovación y romper las barreras a la investigación científica.


P. ¿Puede hablarme un poco sobre usted y su proyecto de impresión 3D de metal?

R. Soy ingeniero eléctrico con más de 10 años de experiencia en la construcción de máquinas láser, robots y equipos de laboratorio, entre otras cosas. Empecé a desarrollar esta impresora 3D de metal para aplicar mi conocimiento y experiencia a ingenieros y aficionados al bricolaje de todo el mundo y creo que este proyecto puede beneficiar especialmente a las personas de países en desarrollo y de bajos ingresos.

Mi proyecto consiste en una impresora 3D de metal de código abierto y bajo costo que utiliza un haz de electrones para sinterizar el polvo de metal. Estoy haciendo el trabajo inicial construyendo un prototipo y espero que este proyecto continúe y mejore colaborando con personas de ideas afines en todo el mundo. Planeo usar sitios web colaborativos, redes sociales, YouTube y otros canales para aumentar mi alcance.
Mantendré el diseño de mi proyecto abierto para que cualquiera pueda crearlo, modificarlo, usarlo o distribuirlo.

P. ¿Cuáles son los tipos comunes de impresoras 3D de metal y puede hablar sobre las más comunes?

R. Hay varios tipos de impresoras 3D de metal en el mercado y las más comunes son la sinterización por láser y la sinterización por haz de electrones. El principio de funcionamiento de estos es muy similar y utiliza la sinterización. Uno usa un rayo láser para sinterizar el polvo de metal mientras que el otro tipo usa un rayo de electrones.

Con las impresoras 3D de metal basadas en láser, es muy importante prestar atención al ajuste térmico, y descuidar la temperatura puede provocar deformaciones y grietas a medida que la pieza se enfría. Entonces, si necesita una pieza resistente y duradera al usar un rayo láser, necesita un horno potente para calentar la pieza de metal y enfriarla gradualmente para eliminar la tensión interna.

Con la impresión por haz de electrones, por otro lado, no necesita un horno adicional. El haz de electrones se puede desenfocar para precalentar el polvo, de modo que pueda volver a enfocarlo para comenzar el proceso de sinterización de acuerdo con su diseño.

P. ¿Qué tipo de impresora 3D de metal ha desarrollado y puede explicar su principio de funcionamiento?

R. La impresora 3D de metal que desarrollé se basa en la fusión de haz de electrones, que fusiona las materias primas calentándolas con un haz de electrones.
Esta impresora utiliza un haz de electrones para derretir selectivamente cada capa de polvo metálico, lo que hace que las partículas pulverizadas se fusionen. Después de completar cada capa, la plataforma de construcción baja una capa de altura. El recubridor regresa con una nueva capa de polvo y el haz de electrones comienza a inducir la fusión de partículas de polvo, formando la nueva capa. Este proceso se repite hasta que se completa toda la pieza, lo que da como resultado una pieza de metal sólido.

Prototipo de la impresora 3D de metal de Cruz

P. ¿Cuáles son los componentes principales de una impresora 3D de metal?

R. Todas las piezas utilizadas en la impresora 3D de metal son muy importantes, pero en mi opinión, las lentes son las piezas más importantes. La impresora 3D de metal utiliza dos tipos de lentes magnéticas. El haz de electrones pasa a través de estas lentes magnéticas, que enfocan el haz en el área de trabajo para sinterizar el polvo metálico. Ambos tipos de lentes se componen de bobinas. Usé Arduino para controlar las dos lentes. Los dos lentes son:
Lente de enfoque: enfoque el haz de electrones en un punto pequeño (menos de 0,5 mm de diámetro).
Lente de desviación: mueve el haz enfocado en el plano XY de acuerdo con el diseño 2D de cada capa (rebanadas 2D de un objeto 3D).

Partes de una impresora 3D de metal

P. ¿Cuál es la altura de cada capa impresa y sobre qué base elige la altura de la capa?

A. La altura de cada capa puede variar entre 0,05 mm y 0,1 mm de espesor. La altura de la capa más baja garantiza detalles más finos en la pieza de metal final, mientras que el aumento del grosor de la capa reduce el tiempo de impresión.
La altura de la capa depende del diámetro de las partículas de polvo metálico. Si se utilizan partículas de polvo de metal más finas, debe reducir la altura de la capa. El diámetro de partícula típico está entre 50 y 100 micras (0,05-0,1 mm).

P. ¿Ha desarrollado su propio algoritmo de corte o está utilizando un software de código abierto?

R. No, no he desarrollado ningún software propietario. Mi impresora 3D de metal utiliza un software de impresión 3D de código abierto como Cura, Slic3r u otro software de corte de código abierto de uso común.
El algoritmo de hardware está programado en las placas Arduino para que cualquiera pueda modificarlo y distribuirlo más fácilmente. Todos los códigos, diseños y esquemas están disponibles en línea.

P. ¿Cuál es el consumo de energía y qué tipo de sustrato se puede usar con su impresora?

R. El consumo total de energía es de aproximadamente 1500 vatios, incluido el consumo de energía de las bombas de vacío. El cañón de electrones solo consume alrededor de 100 W. Esta impresora 3D de metal puede imprimir con polvo de titanio, polvo de acero inoxidable, aleación de aluminio y algunas otras aleaciones metálicas.

P. ¿Cuáles son las ventajas de su impresora 3D de metal?

R. La impresión 3D en metal es una herramienta poderosa. Hacerlas más accesibles democratizará la ciencia y la tecnología y empoderará a las personas. Este hardware de bajo costo podrá acelerar la innovación y reducir las barreras a la investigación científica.
Además de las grandes empresas de I+D, los pequeños empresarios también se beneficiarán de este proyecto. Especialmente jóvenes emprendedores que aún no tienen la seguridad financiera suficiente para poder pagar fácilmente una impresora 3D de metal. Aumentar el acceso para estos emprendedores garantiza una mayor representación e impacto, allanando el camino para una innovación tecnológica más profunda.
Además de los usuarios obvios, una impresora 3D de metal de bajo costo tiene muchos otros casos de uso, como: B. en hospitales que se encuentran fuera de las grandes ciudades. La impresión 3D en metal resulta útil cuando los suministros se agotan. Otro de esos usos es en agricultura, arquitectura, etc.
La adopción de enfoques de código abierto juega un papel clave en esto. Así que planeé que el diseño, los planos, los videos y los esquemas de la impresora 3D de metal sean abiertos y gratuitos para todos en el mundo.

P: Háganos saber el estado actual de su proyecto.

R. Actualmente hay un prototipo funcional avanzado con más de 5 años de I+D con capital propio. Este prototipo se utiliza para realizar pruebas iniciales y verificar aspectos técnicos antes de realizar grandes inversiones.
El prototipo consta, entre otras cosas, de una cámara de vacío de acero inoxidable, un sistema de bomba de vacío, un cañón de electrones, fuentes de alimentación de alto voltaje, conexiones eléctricas, sistemas de refrigeración y sensores. El prototipo es capaz de generar un haz de electrones de 0,5 mm de diámetro, enfocarlo sobre una superficie metálica y moverlo sobre el eje XY. De esta forma es posible calentar una pieza de metal con el haz de electrones.

Actualmente estoy trabajando en la optimización del cañón de electrones y evaluando diferentes configuraciones para reducir el tamaño de la mancha de 0,5 mm a 0,1 mm de diámetro o menos. Una vez que se alcance este hito de ingeniería, el siguiente paso será agregar el eje Z y una capa posterior de polvo metálico. El eje Z consta de un motor paso a paso, guías, rodamientos lineales y un controlador.
Bueno, eso es lo que hago a tiempo completo, y no es barato. Todo esto requiere mucho tiempo y esfuerzo. Ahora estoy abriendo este proyecto a la comunidad a través de un modelo de crowdfunding. El diseño, las pruebas y las actualizaciones se compartirán pronto para que pueda recibir apoyo y seguir trabajando en este proyecto al 100 %.

Para conocer más detalles sobre el proyecto de impresora 3D de metal de Agustín y apoyar su proyecto, haga clic aquí




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