Impresoras 3D

Crean una impresora 3D casi tan rápida como las de tinta y papel. 

La imagen (acelerada 10 veces) muestra cómo emerge la Torre Eiffel impresa con el nuevo sistema CARBON3D, INC

La revolución de las impresoras 3D estaba siendo demasiado lenta. Para crear una simple figurita se necesitan horas y hasta días si es algo más grande. Sin embargo, un nuevo método que combina resinas líquidas, luz ultravioleta y oxígeno consigue obtener objetos 100 veces más rápido. Es el gran paso que le faltaba a la democratización de la fabricación en masa y su promesa del háztelo tu mismo.

La impresión 3D es muy parecida a la pastelería. Los pasteleros crean capa a capa la tarta, que toma consistencia una vez que se enfría. Con las impresoras 3D hay dos grandes tecnologías para hacer las tartas. En una, el modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés), la impresora calienta el rollo de material y con una especie de manga pastelera crea el objeto. Un chorro de aire enfría el filamento para que solidifique. La estereolitografía, sin embargo, usa resinas líquidas que, al ser expuestas a la luz ultravioleta, se solidifican como si fuera una plancha de caramelizar. La FDM es más sencilla y asequible, pero muy lenta y con peor resolución. La estereolitografía ofrece mejores resultados, pero la operación con las resinas es muy compleja.

“La fabricación por adición tiene el potencial de transformar la complejidad con la que se fabrican objetos funcionales, pero la impresión 3D convencional los fabrica usando un enfoque por etapas, capa a capa, que lleva mucho tiempo”, dice el químico de la Universidad de Carolina del Norte (EE UU) y creador de la nueva impresora CLIP, Joseph DeSimone. Para este experto en ciencia de polímeros, existe una gran distancia entre la velocidad en el diseño industrial o prototipado rápido y la velocidad en la fabricación que obstaculizan “la capacidad de la impresión 3D de ir más allá de las fases de diseño y realización de prototipos de un producto”.

La estereolitografía usa resinas líquidas sensibles a la luz ultravioleta, que las solidifica.

Lo que ha conseguido DeSimone y su equipo ha sido simplificar la estereolitografía, acelerando la velocidad de impresión y sin, por ello, afectar a la calidad de los objetos impresos. Su impresora CLIP (Interfaz de Producción Líquida Continua, por sus siglas en inglés), les permite controlar el proceso por el que las moléculas de la resina líquida se solidifican creando estructuras complejas en un proceso llamado polimerización.

Tal y como explican en la revista Science, donde su creación ocupa la portada de esta semana, en vez de usar un sistema mecánico, los creadores de CLIP juegan con el láser ultravioleta que inicia la reacción química de solidificación y el oxígeno, que la detiene. Su gran aportación es una especie de cristal que, como unas lentillas, les permite ajustar el paso de la luz y del oxígeno. De esta manera, consiguen una impresión continua que da a los objetos un acabado perfecto en su forma y sin fracturas en el interior.

Pero lo mejor de CLIP es su velocidad de impresión. Hasta ahora, la impresión vertical podía imprimir unos cuantos milímetros a la hora. Aunque las capas de material superpuesto tienen un grosor de entre 50 y 100 micras (una micra es la millonésima parte de un metro), había que imprimir cada capa, dejar que solidificara y volver a por otra capa. La nueva impresora eleva el objeto del recipiente con la resina a un ritmo de 500 milímetros a la hora, es decir, hasta 100 veces más rápido.


La impresora CLIP consigue prótesis dentales con la calidad y resistencia de las de la industria. CARBON3D, INC

Durante la presentación de CLIP en las charlas TED, DeSimone mostró algunos ejemplos de lo que puede hacer su impresora en unos minutos. Desde una Torre Eiffel de recuerdo, hasta micro agujas para la administración de medicamentos, pasando por prótesis dentales o stent coronarios, una especie de endoprótesis para el corazón.

“Si la impresión 3D quería salir del nicho de los prototipos en el que ha estado atrapada durante décadas, teníamos que encontrar un tecnología disruptiva que afrontara el problema desde una nueva perspectiva y abordara las debilidades fundamentales de las impresoras 3D”, comenta Jim Goetz, uno de los socios de Sequoia, una compañía de inversión que pone su dinero en las tecnologías más rompedoras y prometedoras. “Cuando conocimos a Joe [por Joseph DeSimone] y vimos lo que su equipo había inventado, tuvimos claro al instante que la que la impresión 3D ya nunca sería la misma”.

“Cuando vimos lo que habían inventado, tuvimos claro que la que la impresión 3D ya nunca sería la misma”, dice un inversor

CLIP ha demostrado su valía imprimiendo plásticos, cerámicas y materiales orgánicos, pero debería funcionar bien con todo material basado en polímeros. Para comercializar su tecnología, DeSimone y parte de su equipo investigador han creado, junto a inversores como Goetz la empresa Carbon3D.

“Es un gran comienzo, la revolución está ahí”, opina el director de investigación de BQ, Juan González. Esta es una de las pocas empresas españolas que fabrica impresoras 3D del tipo FDM y que está investigando con las de resinas. “El tiempo puede dar igual en el uso doméstico, pero en la empresa es un factor clave”, añade. Pero no se trata solo de que se reduzca el tiempo de impresión, sino que el acabado en un proceso continuo como el de CLIP es muy superior.

La inyección por molde que se usa en la producción industrial aún tiene años de vida, pero con avances como este, González cree que está más cerca “el objetivo de conseguir la producción masiva del molde pero con la capacidad de personalizarla de la impresión 3D”.

Digital Light Synthesis™

Digital Light Synthesis is a breakthrough technology that uses digital light projection, oxygen permeable optics, and programmable liquid resins to produce parts with exceptional mechanical properties, resolution, and surface finish. Carbon’s DLS™ technology allows engineers and designers to iterate faster, deliver projects with less risk, and radically reimagine their products by introducing consolidated parts, impossible geometries, and programmable lattices.

 

The Process

Digital Light Synthesis technology is driven by Carbon’s groundbreaking Continuous Liquid Interface Process™, or CLIP™, and programmable liquid resins. CLIP uses digital light projection in combination with oxygen permeable optics, and was described in a groundbreaking article in the journal Science.

Traditional resin-based 3D printing processes produce weak, brittle parts. Carbon overcomes this by embedding a second heat-activated programmable chemistry in our materials. This produces high-resolution parts with engineering-grade mechanical properties.

Light Shapes the Part

CLIP is a photochemical process that cures liquid plastic resin into solid parts using ultraviolet light. It works by projecting light through an oxygen-permeable window into a reservoir of UV-curable resin. As a sequence of UV images are projected, the part solidifies and the build platform rises.

  1. Build platform
  2. Resin
  3. Oxygen permeable window
  4. Dead zone
  5. Light engine

The Dead Zone

The heart of the CLIP process is the “dead zone” — a thin, liquid interface of uncured resin between the window and the printing part. Light passes through the dead zone, curing the resin above it to form a solid part without curing the part onto the window. Resin flows beneath the curing part as the print progresses, maintaining the “continuous liquid interface” that powers CLIP and avoiding the slow and forceful peeling process that is inherent to many other resin-based printers.

 

Heat Sets the Mechanical Properties

Once a part is printed on a Carbon printer, it’s baked in an oven. Heat sets off a secondary chemical reaction that causes the materials to adapt and strengthen, taking on exceptionally strong characteristics.

Isotropic Parts With Exceptional Surface Finish

Conventional 3D printed materials often exhibit variable strength and mechanical properties depending on the direction in which they were printed. Digital Light Synthesis parts behave consistently in all directions. The resolution and gentleness of our process — where parts aren’t harshly repositioned with every slice — make it possible to exploit a range of materials that have surface finish and detail needed for end–use parts.

Traditional 3D Printing

3D printed parts are notoriously inconsistent. Their mechanical properties vary depending on the direction the parts were printed due to the layer-by-layer approach.

 

Digital Light Synthesis

Digital Light Synthesis produces consistent and predictable isotropic mechanical properties, creating parts that are solid on the inside like injection molded parts.

 

Product Design, Perfected

Digital manufacturing sends modern design soaring, giving designers and engineers the freedom to bring their most inspired ideas to life without the constraints of molding or machining.

 

Designing for DLS™ Technology

Ready to bring your designs to the next level? Carbon’s Digital Light Synthesis™ technology lets you speed up the product development process, reduce risk, improve the design of existing products, and bring radically new ones to market.

 

Rapid Product Development

Carbon’s unparalleled materials and production-ready platform let you prototype and produce on the same platform, speeding the product development process and reducing risk.

  • Functional Protoypes
    Don’t settle for fragile prototypes; bring your designs to life in the industry’s best materials, then start testing and iterating immediately.
  • Iterate Quickly
    Test dozens of designs in the time it used to take to try one.
  • Produce with Confidence
    DLS technology is proven for high-volume production in industries ranging from automotive to consumer products. When you’re ready to bring your product to market, you can enjoy the peace of mind that comes with the ability to revise your designs immediately, without retooling.

Impossible Geometries

Find the perfect form for your application, not the one that fits the mold.

  • Undercuts and Undrafted Walls
    Moldability constraints don’t apply here. Enjoy the freedom of designing with undercuts and perfectly straight walls without sacrificing manufacturability.
  • Lattices
    Break free of conventional manufacturing and introduce new geometries like lattices, which allow you to specify the characteristics you require at every millimeter. Determine your product’s ideal mechanical response and work with Carbon’s Lattice Engine software to build the right lattice for it.

Part Consolidation

Review existing designs and determine what assemblies benefit from being made as one part.

  • Better performing parts
    A single printed part frequently offers better overall mechanical performance than an assembled part.
  • Streamlined production
    Streamline production with reduced SKUs and less labor by consolidating assemblies.

A New Aesthetic

Deliver designs that break new ground and delight your customers.

  • Customization
    With no tooling costs, you’re free to make every unit unique. Offer personalized designs, or build entire products around individuals. Carbon’s factory management software lets you track parts from design to delivery.
  • Surface Design
    DLS offers excellent surface finish and high detail. Enhance your parts by applying textures to complex curved surfaces like grips and enclosures with Carbon’s software.

Design for Additive

DLS lets you design the best parts for your product, without worrying about moldability or machinability. Like every 3D printing process, DLS has its own best practices; follow these principles to get the best results in your applications.

  • Minimum supported wall thickness

    1.0mm (RPU 70, MPU 100, EPU 40, EPU 41, FPU 50, CE 221, PR 25, UMA 90)
    1.5mm (RPU 130, EPX 82, SIL 30)

  • Minimum unsupported wall thickness

    2.5mm (all materials)

  • Minimum unsupported angle (from horizontal)

    30° (RPU 70, PR 25, UMA 90)
    35° (FPU 50)
    40° (RPU 130, MPU 100, EPU 40, EPU 41, CE 221, EPX 82, SIL 30)

  • Clearance between mating parts

    0.4mm (RPU 70, EPX 82)
    0.5mm (RPU 130, MPU 100, EPU 40, EPU 41, FPU 50, PR 25, UMA 90, SIL 30)
    0.8mm (CE 221)

  • Maximum unsupported overhang

    1.0mm (EPU 40, EPU 41, SIL 30)
    2.0mm (RPU 70, RPU 130, FPU 50, EPX 82)
    3.0mm (MPU 100, CE 221, UMA 90)

 

 

The L and M Series printers and the automated Smart Part Washer are the first in a series of modular offerings that allow a wide range of industries to design, engineer, make, and deliver end-use parts using one common manufacturing workflow.

L1 Printer

The L1 printer is a sophisticated, proven tool for product designers, engineers, and manufacturers, powering the most innovative, end-use products with new capabilities and levels of performance.

  • The World’s Largest Printer with DLS™ Technology
    Offering over 1,000 cm2 of build area, the L1 printer produces large parts or many smaller parts ready for end-use.
  • Accelerate Time-to-Market
    Produce functional prototypes quickly, then move to high-volume production on the same system.
  • Producing Millions of Parts
    The L1 is making history in digital manufacturing, scaling production to the millions of parts for companies like adidas, Specialized, and Riddell.

M2 Printer

With a build volume measuring 7.4 in x 4.6 in x 12.8 in (18.9 cm x 11.8 cm x 32.6 cm), integrated connectivity, and Carbon’s groundbreaking Digital Light Synthesis™ technology, the M2 is the perfect printer for any application.

  • 2x Build Volume
    The M2 features double the build volume compared to our pioneering M1 printer, allowing for larger parts, higher throughput, and lower part cost, all with the same high-resolution pixels (75 µm) and isotropic prints as the M1.
  • Manufacturing Ready + Extensible
    In addition to highly reliable hardware, the M2 offers the Carbon Connector expansion port for smart accessories and is compatible with workflow automation systems.
  • Next-Gen Software + Predictive Service
    Carbon’s modern software brings our hardware and materials together into a powerful, easy-to-use system and enables our industry-leading predictive service.

Smart Part Washer

Improve part quality and reduce labor with the Smart Part Washer.

  • Maximize Part Quality and Yield
    With optimized wash protocols, every part is consistently cleaned with minimal manual labor, resulting in lower per-part cost.
  • Smart and Connected
    Our next-generation software provides automatic, part-specific wash protocols, process control data for part traceability, and regular software updates.
  • Manufacturing at Scale
    The Smart Part Washer delivers simple, repeatable part washing, enabling manufacturing at scale and environmental stewardship.

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