Realidades y ventajas
de la impresión 3D sobre metal sin soporte

10 de octubre de 2022 | Tiempo de lectura: 4 min

La impresión 3D de metales sin soporte es una propuesta atractiva. Pero, ¿qué significa realmente y por qué es tan atractiva? Descubra qué es la impresión sin soportes, si es realmente posible y qué ventajas puede aportar.

¿Qué significa "sin ayudas"?

En la fabricación aditiva (AM), la construcción sin soportes se refiere al desarrollo de formas de producir piezas impresas en 3D totalmente independientes de cualquier estructura de soporte. Los soportes se utilizan habitualmente en el proceso de construcción para reforzar y mantener la estructura de la pieza que se está creando. Esto es necesario por varias razones, dependiendo del tamaño y la forma de la pieza que se está construyendo.

Los soportes se colocan estratégicamente para evitar deformaciones debidas a tensiones térmicas, favorecer la transferencia de calor fuera del material fundido y proteger la pieza conformada de la cuchilla de la recubridora, que puede alterar la forma de la pieza si se producen impactos. También pueden aportar rigidez adicional a la pieza durante el proceso de fabricación, por ejemplo, fijándola a la placa de fabricación para mantenerla estable. Para crear capas del material aditivo con la forma adecuada, parte del polvo se utiliza para crear soportes que sostienen los elementos que sobresalen de la pieza que se está imprimiendo. La idea de la impresión sin soporte eliminaría esos soportes y permitiría construir una pieza totalmente independiente y lista para usar en cuanto se completara la impresión. Conceptualmente, la impresión sin soportes tiene muchas ventajas, por lo que sigue siendo una aspiración del sector. No sólo significaría que se utiliza menos material en el proceso de construcción, sino que también tiene otras ventajas. La gran pregunta es: ¿es físicamente posible imprimir en 3D sin soportes?
 

Ventajas e inconvenientes de la impresión 3D con soportes

Los soportes funcionan esencialmente como pequeñas plataformas de construcción elevadas bajo la pieza que se está fabricando. Proporcionan una estructura adicional a la construcción. En algunas circunstancias, sin el soporte adecuado, una pieza no llegará a formarse completamente. Esto es más común con las secciones que sobresalen de una pieza o cuando una pieza necesita un agujero que la atraviese por completo; cualquiera de estos escenarios sólo progresará hasta cierto punto antes de que sean incapaces de anclarse durante el proceso de construcción. El uso de soportes permite fabricar piezas con una base estrecha o con huecos. Como regla general, los soportes tienden a ser necesarios para cualquier aspecto de una construcción que se extienda por debajo de 45 grados de la plataforma de construcción - esto significa que cualquier parte que se eleva en un ángulo agudo puede necesitar soportes incluidos en la construcción. Aunque la construcción de soportes durante el proceso de AM es beneficiosa para la creación de piezas más complejas y elaboradas, también tiene varios inconvenientes. Estos se refieren principalmente a los materiales, los tiempos de impresión y el posprocesamiento.

Inconveniente nº 1 - Tiempos de impresión

Cada uno de los soportes debe imprimirse progresivamente con cada capa de la construcción, del mismo modo que la pieza se crea capa a capa. Esto se traduce en tiempos de impresión más largos que reducen la eficiencia y consumen más energía, lo que repercute en el coste de las construcciones en más de un sentido.

Inconveniente nº 2 - Consumo de material

Como los soportes se construyen de la misma manera que el resto de la pieza, se utilizan materiales superfluos para crearlos. Los soportes se retiran del producto final en el postprocesado y se eliminan como material de desecho, lo que repercute en el tiempo y los costes.

Inconveniente nº 3 - Postprocesado

La mayoría de las piezas impresas en 3D pasan por una fase de posprocesamiento, que puede constar de varias etapas, dependiendo de lo que se necesite para terminar la pieza y hacerla apta para su uso. Esto puede incluir el mecanizado y un tratamiento superficial para mejorar la tolerancia de la pieza y reducir la rugosidad de la superficie, y el tratamiento térmico para mejorar las propiedades mecánicas y eliminar las tensiones térmicas producidas durante el proceso de fabricación. A menudo es necesaria una fase final de limpieza para eliminar el polvo extraño. Construir con soportes más grandes y más numerosos requiere un proceso de acabado más largo e intensivo que si los soportes pudieran reducirse en número o tamaño. Este proceso, que requiere mucho tiempo, no sólo es manualmente exigente, sino que también tiene un coste adicional. La mano de obra especializada y las herramientas necesarias suponen un coste adicional para la fabricación del producto. También hay casos en los que algunos soportes son inaccesibles y, por tanto, no pueden retirarse. Aunque no impidan que la pieza funcione, añadirán peso y pueden afectar al rendimiento general de la pieza. En el caso de la ingeniería de precisión, la capacidad de imprimir sin esos soportes podría tener grandes ventajas para el uso futuro de la pieza.

Ventajas de la construcción sin soportes

Al pasar a la impresión 3D sin soportes, el proceso de AM puede mejorarse desde el punto de vista económico, medioambiental y temporal. No tener que construir soportes durante la construcción significa que se fundirá menos material del lecho de polvo, lo que tiene múltiples ventajas para la AM.

El truco de la velocidad de fabricación nº 1: Reducir el tiempo de producción

Si los láseres de la impresora no tienen que añadir continuamente capas a los soportes a medida que avanza la construcción, se reducirá el tiempo de impresión. Mientras que para cada capa individual de la construcción esto tendrá un pequeño impacto en el ahorro de tiempo, en el transcurso de una construcción completa, comienza a sumar una reducción significativa en el tiempo que se tarda en completar la producción de una pieza. Aplicado a la fabricación a gran escala, esto permite a las empresas reducir los tiempos de producción de forma aún más significativa.

Astucia de fabricación nº 2: Ahorrar recursos de postprocesado 

No tener soportes en primer lugar significaría que su eliminación se erradica por completo de la fase de postprocesamiento, lo que a menudo tiene un impacto significativo en los plazos de entrega. Una gran parte del tiempo dedicado al postprocesado se centra en la retirada de los soportes. Al estar adheridos al producto final, hay que retirarlos y tratar la superficie hasta que se ajuste perfectamente al resto de la superficie de la pieza. Para ello se necesitan conocimientos especializados y herramientas que cuestan dinero y tiempo a las empresas. En casos extremos, un paso de procesamiento de un minuto durante la fabricación puede suponer un aumento del plazo de entrega de un día. Una fabricación sin soportes eliminaría la necesidad de realizar estos intensos ajustes posteriores al proceso, lo que agilizaría y abarataría enormemente la fabricación de una pieza. Sin necesidad de retirar los soportes, la pieza impresa tendrá también un acabado superficial mejor y más uniforme.

Truco de velocidad de fabricación nº 3: Consumir menos material y reducir el impacto medioambiental

Con la sostenibilidad y la fabricación responsable en mente, está claro que no utilizar soportes -o incluso reducirlos en tamaño y número- significará que se utiliza menos material. Esto se traduce en un menor nivel de residuos de material y un menor gasto energético, lo que reduce el coste económico y medioambiental de la impresión 3D. También reduce el tiempo total tanto del proceso de impresión inicial como del procedimiento posterior para terminar la pieza, lo que permite una mayor eficiencia y simplicidad.

Gracias al pensamiento innovador de los líderes del sector, el ángulo crítico de 45 grados se está cuestionando y poniendo en tela de juicio. Ahora hay disponibles muchos paquetes de software y parámetros que permiten a los usuarios imprimir voladizos y puentes con ángulos mucho más bajos, sin comprometer la eficacia del proceso de impresión 3D ni la calidad de las piezas metálicas producidas.

Eche un vistazo a este estudio de caso sobre impulsores recubiertos, en el que se consiguió una construcción sin soportes a pesar de sobrepasar los límites de los ángulos de voladizo hasta unos impresionantes 10 grados. En este proyecto concreto también se eliminaron por completo los soportes internos, lo que hace que el procedimiento de postprocesado sea mucho menos complicado: los soportes situados en lugares incómodos dentro de una pieza pueden ser algunos de los más difíciles de eliminar, aunque no sean los más grandes. Gracias a estas reducciones del tamaño y el número de soportes, el coste total de producción de los impulsores se redujo en un 35%. El equipo de desarrollo de procesos ha tomado las conclusiones de proyectos especializados a medida como éste y las ha aplicado a los procesos estándar disponibles para el software de impresión 3D "plug and play". Esto significa que ahora, incluso sin un consultor experto, se pueden reducir los límites de ángulo a 20 grados de forma estándar.

Cómo te ayuda EOS en la impresión sin soportes

Nuestro software especializado, EOSPRINT 2, está diseñado para garantizar que ofrece la plataforma más versátil para gestionar sus necesidades de impresión 3D. Para quienes deseen iniciarse en el mundo de la fabricación aditiva, viene precargado con una serie de soluciones "plug and play". Éstas le ofrecen todo lo que puede necesitar para construir productos de forma sencilla, sin tener que configurar o ajustar parámetros. La programación avanzada del software se encarga de gran parte del trabajo por usted, para que pueda imprimir con facilidad. Para aquellos con experiencia en impresión 3D, EOSPRINT también permite más experimentación y calibración. En lugar de utilizar las soluciones preestablecidas, puedes modificar manualmente los ajustes tú mismo. Esto es perfecto para cualquiera que desee mejorar su fabricación aditiva con la seguridad de saber que el software que está utilizando es de la más alta calidad. Para apoyarle en su desarrollo de la impresión 3D en metal y ayudarle a sacar el máximo partido de las capacidades de nuestro software, le ofrecemos un curso de aprendizaje electrónico. Este módulo de impresión 3D le proporcionará una visión completa de la fabricación aditiva sin soporte para metal, proporcionándole conocimientos especializados para reducir costes, ahorrar tiempo e impulsar la innovación en toda la cadena de procesos.

Por último, si tiene un proyecto específico que desea ver hecho realidad, nuestro equipo de Additive Minds está aquí para ayudarle. Para cualquier proyecto a medida que requiera un mayor nivel de consideración y comprensión de lo que nuestros paquetes de software pueden proporcionar, este es el mejor lugar para usted. No importa el nivel de experiencia que tenga: le ayudaremos en su búsqueda de la impresión 3D sobre metal sin soporte.