La impressió 3D, també coneguda com a fabricació additiva (AM), és un procés de fabricació avançat que construeix objectes en tres-dimensionals dipositant materials capa per capa. A diferència de la fabricació subtractiva tradicional (com el mecanitzat), la impressió 3D pot produir directament peces complexes basades en models digitals, oferint avantatges com ara alta precisió, flexibilitat i alta utilització del material. Amb el desenvolupament continu de la tecnologia d'impressió 3D, han sorgit diversos mètodes de classificació, que cobreixen diferents principis d'emmotllament, tipus de material i escenaris d'aplicació. Aquest article classificarà i analitzarà sistemàticament la tecnologia d'impressió 3D des de tres perspectives: principis tècnics, propietats dels materials i aplicacions a la indústria.
I. Classificació per principi d'emmotllament
El nucli de la tecnologia d'impressió 3D rau en el seu mètode d'emmotllament. La classificació general actual es basa en l'estàndard internacional ISO/ASTM 52900:2015, que divideix els processos de fabricació additiva en set categories principals:
1. Extrusió de material
L'extrusió de material és una de les tecnologies d'impressió 3D més comunes, tipificada pel modelatge de deposició fusionada (FDM). Aquesta tecnologia utilitza un broquet escalfat per fondre material termoplàstic (com PLA o ABS) i l'extrueix capa per capa, solidificant-lo en refredar-se. FDM s'utilitza àmpliament en l'educació, la creació de prototips i la fabricació de consumidors a causa del seu baix cost d'equip i el seu funcionament senzill.
2. Fotopolimerització
La fotopolimerització utilitza llum UV o altres fonts de llum per curar resines fotosensibles líquides. S'utilitzen principalment l'estereolitografia (SLA) i el processament de llum digital (DLP). SLA utilitza l'escaneig làser per curar la resina punt per punt, mentre que DLP utilitza un projector per exposar tota la superfície, augmentant la velocitat d'impressió. Aquestes tecnologies són adequades per a la producció de peces que requereixen alta precisió i qualitat superficial, com ara joies, models dentals i dispositius microestructurats.
3. Fusió de llit de pols (PBF)
La fusió del llit de pols utilitza un làser o un feix d'electrons per fondre selectivament pols de metall o plàstic, sinteritzant-la capa per capa per formar un objecte sòlid. La sinterització selectiva per làser (SLS) és adequada per a materials termoplàstics com el niló, mentre que la fusió per làser selectiva (SLM) i la fusió per feix d'electrons (EBM) s'utilitzen principalment per a la fabricació de peces metàl·liques com ara aliatges de titani i acer inoxidable. La tecnologia PBF s'utilitza àmpliament en aplicacions exigents com ara implants aeroespacials i mèdics.
4. Jet de material
La injecció de material és similar a la impressió d'injecció de tinta tradicional, però utilitza materials a base de cera o resina fotosensible líquida-, que després es cura capa per capa amb llum UV. Aquesta tecnologia permet la impressió multi-material i multi-color i és adequada per a prototips d'alta-precisió i-producció en lots petits, com ara models mèdics i components micro-mecànics.
5. Jetting de lligant
La injecció de lligant utilitza un aglutinant ruixat selectivament a través d'un broquet per unir materials en pols com ara metall, ceràmica o sorra. Aleshores, el material s'enforteix mitjançant post-processament, com ara la sinterització o la infiltració. Aquesta tecnologia és adequada per a la colada ràpida, la fabricació de motlles de sorra i la producció a gran-escala de peces metàl·liques.
6. Dipòsit d'energia dirigit (DED)
La deposició d'energia dirigida (DED) utilitza un làser o un arc per fondre pols o filferro metàl·lic i dipositar-lo capa per capa. S'utilitza habitualment per a la reparació de peces i la fabricació híbrida, combinant processos additius i subtractius (per exemple, processament híbrid). Aquesta tecnologia és adequada per reparar i reforçar grans components metàl·lics i té importants aplicacions en els sectors energètic i aeroespacial.
7. Laminació de làmines
La laminació de làmines implica unir o soldar làmines fines de material (com ara paper, làmines metàl·liques o polímer) i després formar la forma final mitjançant el tall o el fresat. Aquesta tecnologia té un cost relativament baix-, però ofereix una precisió i una qualitat superficial limitades, la qual cosa la fa adequada per a aplicacions específiques com ara models d'embalatge i arquitectònics.
II. Classificació per tipus de material
La diversitat de materials d'impressió 3D ha ampliat encara més el seu ventall d'aplicacions. Es poden classificar principalment de la següent manera:
1. Termoplàstics
Aquests materials, com ara PLA, ABS i PETG, són adequats per a la tecnologia FDM i s'utilitzen àmpliament en la creació de prototips, l'educació i la fabricació de productes de consum.
2. Resines fotosensibles
S'utilitzen amb la tecnologia SLA/DLP, ofereixen superfícies llises i d'alta precisió, cosa que les fa aptes per a joieria, odontologia i micro{0}}maquinària.
3. Materials metàl·lics
Aquests inclouen aliatges de titani, aliatges d'alumini, acer inoxidable i aliatges d'alta-temperatura. S'utilitzen principalment en tecnologies PBF i DED, i s'utilitzen en implants aeroespacials, d'automoció i mèdics.
4. Materials ceràmics
Impresos mitjançant la tecnologia Binder Jetting o SLA, són adequats per a dispositius electrònics, dispositius biomèdics i components utilitzats en entorns d'alta-temperatura.
5. Materials compostos
Aquests materials, com ara els plàstics reforçats amb fibra de carboni i els compostos de matriu metàl·lica, combinen els avantatges de diversos materials i s'utilitzen per fabricar peces estructurals d'alt rendiment-.
III. Classificació per aplicació del sector
Les tecnologies d'impressió 3D també es poden classificar en funció dels seus escenaris d'aplicació a la indústria:
1. Prototipatge ràpid
Tecnologies com FDM i SLA s'utilitzen àmpliament en les primeres etapes del desenvolupament del producte per verificar ràpidament la viabilitat del disseny i escurçar els cicles d'R+D.
2. Fabricació digital directa (DDM)
Les tecnologies de metall PBF i DED s'utilitzen per fabricar directament peces funcionals, com ara fulles de motor d'avions, motlles i components mecànics complexos.
3. Sanitat (aplicacions biomèdiques)
La resina fotocurable i la impressió 3D de metall s'utilitzen per a pròtesis personalitzades, restauracions dentals i bastides d'enginyeria de teixits.
4. Arquitectura i Art
-FDM a gran escala i les tecnologies d'injecció d'enquadernadors s'utilitzen per crear models arquitectònics, escultures i productes culturals i creatius.
La tecnologia d'impressió 3D es pot classificar de diverses maneres, mostrant una gran diversitat des dels principis d'emmotllament, tipus de material fins a aplicacions industrials. Amb els continus avenços en la ciència dels materials, els algorismes de programari i els equips de maquinari, la impressió 3D està passant gradualment de la creació de prototips a la producció industrial a gran-escala, jugant un paper clau en camps com la sanitat, l'aeroespacial i l'automoció. En el futur, amb el desenvolupament de tecnologies d'integració multi-material i multi-procés, la impressió 3D promourà encara més la transformació de la indústria manufacturera cap a una fabricació intel·ligent i personalitzada.
