Cómo una plataforma de impresión 3D móvil puede reducir el desperdicio y los costos

La impresión 3D tiene el potencial de revolucionar el diseño y la fabricación de productos en muchas áreas, desde componentes personalizados para productos de consumo hasta productos dentales impresos en 3D e implantes médicos y óseos que salvan vidas. Sin embargo, el proceso también genera una gran cantidad de residuos costosos e insostenibles y lleva mucho tiempo, lo que dificulta la implementación de la impresión 3D a gran escala.

Cada tiempo Una impresora 3-D produce artículos personalizados, especialmente productos con formas inusuales, también necesita imprimir soportes preimpresos que equilibren el artículo a medida que la impresora crea capa por capa, lo que ayuda a mantener la integridad de la forma. Sin embargo, estos soportes deben retirarse manualmente después de la impresión, lo que requiere un acabado manual y puede provocar imprecisiones en la forma o rugosidad de la superficie. Los materiales con los que están hechos los soportes a menudo no se pueden reutilizar y, por lo tanto, se desechan, lo que contribuye al creciente problema de la impresión 3D. materiales de desecho.

Por primera vez, científicos del Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas Daniel J. Epstein de USC Viterbi ha creado un método reutilizable de bajo costo para reducir la necesidad de impresoras 3-D para imprimir estos medios derrochadores, mejorando enormemente Rentabilidad y desarrollo sostenible de la impresión 3D.

El trabajo, dirigido por Yong Chen, profesor de industria y Ingeniería de sistemas y Ph.D. estudiante Yang Xu, fue publicado en Producción adicional.

La impresión 3D tradicional que utiliza la técnica Fused Deposition Modeling (FDM) imprime capa por capa directamente sobre una superficie metálica estática. En cambio, el nuevo prototipo utiliza una superficie programable y controlada dinámicamente hecha de pines de metal móviles para reemplazar los soportes impresos. Las clavijas se elevan a medida que la impresora acumula gradualmente el producto. Chen dijo que las pruebas del nuevo prototipo mostraron que ahorra alrededor del 35% de los materiales utilizados para imprimir objetos.

“Trabajo con médicos biomédicos que imprimen en 3D utilizando biomateriales para construir tejidos u órganos”, dijo Chen. “Muchos de los materiales que utilizan son muy caros; estamos hablando de botellas pequeñas que cuestan entre $ 500 y $ 1,000 cada una”.

“Las impresoras FDM estándar cuestan alrededor de $ 50 por kilogramo, pero la bio es de alrededor de $ 50 por gramo. Entonces, si podemos ahorrar un 30% en el material que se gastaría en la impresión de estos medios, eso es un gran ahorro de costos en la impresión 3D con fines biomédicos ”, dijo Chen.

Además de los impactos ambientales y de costos del desperdicio de material, los procesos de impresión 3D tradicionales que utilizan soportes también requieren mucho tiempo, dijo Chen.

“Cuando imprime formas complejas en 3D, construye las piezas que necesita la mitad del tiempo y los soportes la otra mitad. Por lo tanto, no construimos soportes con este sistema. Por lo tanto, ahorramos alrededor del 40% en términos de tiempo de impresión “.

Chen dijo que prototipos similares desarrollados en el pasado se basaban en motores individuales para levantar cada soporte mecánico, lo que resultaba en productos de gran consumo energético que también eran significativamente más caros de comprar y, por lo tanto, no rentables para las impresoras 3D.

“Entonces, si tuviera 100 pines móviles y el costo de cada motor fuera de alrededor de $ 10, el total costaría $ 1,000, además de 25 tableros de control para controlar 100 motores diferentes. Todo costaría más de $ 10,000.

El nuevo prototipo del equipo de investigación funciona activando cada uno de sus soportes individuales con un solo motor que mueve la plataforma. La plataforma recoge grupos de pines metálicos al mismo tiempo, lo que la convierte en una solución rentable. Basado diseño de producto, el software indicó al usuario dónde agregar una serie de tubos metálicos a la base de la plataforma. La posición de estos tubos determina qué pines se elevarán a ciertas alturas para soportar mejor el producto impreso en 3D mientras se crea la menor pérdida de los soportes impresos. Al final del proceso, los pines se pueden quitar fácilmente sin dañar el producto.

Chen dijo que el sistema también podría adaptarse fácilmente a la producción a gran escala, como en las industrias automotriz, aeroespacial y de yates.

“La gente ya está construyendo impresoras FDM para carrocerías de automóviles y barcos a gran escala, y para productos de consumo como muebles. Como puede imaginar, su tiempo de construcción es realmente largo, estamos hablando de un día completo ”, dijo Chen. – Entonces, si puede ahorrar la mitad, el tiempo de producción se puede reducir a medio día. Hay muchos beneficios al utilizar nuestro enfoque cuando se trata de este tipo de 3D impresión“.

Chen dijo que el equipo también solicitó recientemente una patente sobre la nueva tecnología. El estudio fue coautor de Ziqi Wang, un ex alumno visitante en la USC, de la Facultad de Ciencias de la Computación y la Comunicación, EPFL en Suiza, y Siyu Gong de la USC Viterbi.