¿Es el próximo gran avance del ciclismo de impresión 3D?

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¿Es el próximo gran avance del ciclismo de impresión 3D?
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Anonim

¿Impresoras autorreplicantes que crean objetos a partir de dibujos de computadora? No es ciencia ficción, sino una realidad que revolucionará la fabricación

Aunque no lo creas, 1986 fue un año crucial. La desregulación de la Bolsa de Valores de Londres cambió la forma en que pensábamos sobre el dinero; Chernobyl cambió la forma en que pensábamos sobre la energía nuclear; Top Gun cambió la forma en que pensábamos sobre las bandas sonoras de las películas y, para aquellos que prestan mucha atención, un caballero estadounidense llamado Chuck Hull cambió la forma en que pensábamos sobre la fabricación.

Ese año, el 11 de marzo (quizás un millón de días desde la fundación tradicional de Roma), Hull recibió la patente de EE. UU. número 4, 575, 330: "Aparato para la producción de objetos tridimensionales mediante estereolitografía". Y así nació la impresora 3D.

‘Chuck Hull fue el tipo que empezó todo’, dice Phil Kilburn, gerente de ventas de la empresa de impresión 3D 3T RPD. “Estaba trabajando para Xerox en ese momento y se le ocurrió la idea de colocar tintas una encima de la otra para crear un modelo tridimensional sólido. Tomó este proceso y comenzó la primera empresa de impresión 3D, 3D Systems.'

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Al principio

La impresora 3D original de Hull usó una luz ultravioleta para dibujar una forma bidimensional sobre la superficie de una tina de fotopolímero líquido, una sustancia que se vuelve sólida cuando se expone a los rayos ultravioleta. Este proceso ocurre una y otra vez, construyendo capas 2D para crear un objeto 3D. Si bien los procesos y materiales utilizados en las impresoras 3D han recorrido un largo camino desde entonces, los rudimentos siguen siendo los mismos.

‘Las máquinas que usamos ahora emplean láseres’, dice el gerente de TI de 3T RPD, Martyn Harris. “El proceso es extremadamente inteligente, pero en su forma básica es muy simple: tome un poco de polvo y derrítalo. Entonces, en nuestras máquinas, tiene un lecho de material en polvo, por ejemplo, nailon, que se calienta en la cámara de la impresora justo por debajo de su punto de fusión. Luego, los láseres trazan secciones transversales bidimensionales del componente que desea producir sobre el polvo, derritiendo una capa 2D cada vez. Una vez que se traza una capa, la cama de la impresora desciende, digamos, 120 micras [0,12 mm], luego un brazo recubridor extiende otra capa de material en polvo sobre la parte superior y el proceso comienza de nuevo, con los láseres trazando la siguiente capa.'

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Este proceso se basa en el método de "sinterización", en el que, a altas temperaturas, los átomos de las partículas de un polvo se difunden entre sí y se convierten en una pieza sólida. Pero no basta con apuntar un láser a un plástico y esperar que emerja un objeto útil.

‘Lo primero que haces es hacer un modelo CAD [diseño asistido por computadora] en 3D de lo que quieres hacer’, dice Harris.“Luego, utilizando un software personalizado, empaqueta los modelos en un espacio 3D virtual que refleja el tamaño de la cama de la impresora. A partir de ahí, guarda todos sus archivos en STL (estereolitografía o archivos triangulados) y cuando tiene los archivos listos, básicamente los corta en cualquier grosor que esté construyendo. Todos esos archivos cortados se envían a la computadora que controla la impresora y luego es solo un caso de presionar ir, y la impresora lo imprimirá. Irónicamente, muchas de las partes de estas impresoras se imprimen en otras impresoras aquí, por lo que se han vuelto autorrepetitivas.'

Harris ha estado involucrado con 3T RPD durante los últimos 13 años y, más recientemente, fundó Race Ware, una empresa de componentes para bicicletas que fabrica sus productos, desde monturas de plástico Garmin hasta sujetadores de cadena de titanio, utilizando las impresoras de 3T RPD.

'Me metí en esto porque uso un SRM y tengo un par de manillares Easton TT', dice Harris. “Cuando fui a buscar un soporte para barra, todo lo que pude encontrar fue un kit de adaptador horrible, así que pensé en hacer el mío propio. Pensé que si estaba haciendo uno para mí, vería si alguien más quería uno también, así que fui a un foro de TT y pregunté. Este tipo llamado Jason Swann dijo que quería uno de Garmin y que era diseñador de CAD, así que me dio el diseño. Solo nos tomó tres o cuatro meses pasar de la primera iteración a la versión que ahora estamos vendiendo.'

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Como indica Harris, uno de los avances clave que viene con la fabricación 3D es la velocidad y la facilidad con la que se pueden producir y perfeccionar los productos. El proceso general, desde el tablero de dibujo hasta el artículo terminado, es excepcionalmente rápido en comparación con los métodos más tradicionales, aunque los tiempos de construcción pueden llevar desde unas pocas horas hasta alrededor de una semana, dependiendo de la complejidad y la cantidad de productos que se impriman.

‘A diferencia de otros procesos de fabricación, como el moldeo por inyección, con la impresión 3D no hay herramientas,’ dice Harris. “Todo lo que necesito hacer es crear el modelo CAD, hacer algunas pruebas, hacer algunos ajustes y luego, cuando esté satisfecho con él, comenzar a imprimir. A la gente le resulta difícil entenderlo. Preguntan cuál es el tiempo de entrega y puedo responder: "Dos o tres semanas", mientras que están acostumbrados a que alguien diga: "Estará listo para el cuarto trimestre del próximo año". '

Prototipos rápidos

Por supuesto, 3T RPD y Race Ware no están solos; hay otros fabricantes e industrias que actualmente están cosechando los beneficios de la impresión 3D y buscan ampliar los límites aún más. Audi utilizó robots de impresión 3D para crear el prototipo RSQ que apareció en la película I, Robot; Los equipos de Fórmula Uno como Sauber usan conductos de freno impresos en 3D en sus autos y, más recientemente, la firma de arquitectos holandesa Dus Architects anunció planes para imprimir en 3D una casa completa. Entonces, si todo esto es factible (supuestamente, la casa se construirá en partes en una impresora de seis metros de altura llamada 'KarmerMaker'), ¿cuáles podrían ser las implicaciones para las bicicletas en sí? Un hombre que cree que sabe es el jefe de investigación y desarrollo de bicicletas Ridley, Dirk Van den Berk.

'Hemos estado imprimiendo pequeños prototipos de componentes durante los últimos dos o tres años, como el freno de la horquilla Noah Fast', dice Van den Berk. “Pero por primera vez este año [2013] hemos impreso un cuadro completo como parte del desarrollo de nuestra nueva versión de la bicicleta Dean TT. No es lo suficientemente resistente como para montarlo o someterlo a pruebas de estrés, pero es ideal para pruebas aerodinámicas en el túnel de viento y pruebas de montaje, donde podemos construirlo con componentes reales para ver que todo encaje”.

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Al igual que con Race Ware, este tipo particular de impresión 3D, conocida como creación rápida de prototipos, permite a Ridley realizar cambios de manera rápida y económica. ‘El Decano comenzó con formas de tubos para probar en el túnel. Luego construimos marcos completos. Los probamos, evaluamos, luego regresamos y hacemos pequeños cambios. Eso es lo bueno: los pequeños cambios se pueden hacer muy rápido. Solo tienes que pulsar un botón y esperar a que la impresora deje de imprimir.

‘Anteriormente, usabas computadoras y software para crear un marco, hasta el punto en que das luz verde y los fabricantes de marcos comienzan a cortar los moldes. Si bien la impresión 3D no es una tecnología barata, ciertamente es más económica que abrir un molde, ver algo mal en el marco y tener que empezar de nuevo”, agrega Van de Berk.

Entonces, si empresas como 3T RPD pueden imprimir en metal y fabricantes como Ridley ya están imprimiendo prototipos completos de cuadros de bicicleta, ¿por qué no podemos juntar los dos y comenzar a imprimir bicicletas manejables?

'Para un cuadro completo es bastante difícil debido a la forma en que se carga el cuadro durante la conducción', explica Van den Berk. “Es una estructura compleja que necesita ser capaz de lidiar con todo tipo de tensiones y tensiones. Con el carbono, la forma en que creas las capas es lo que hace que un cuadro sea fuerte o rígido en cierta dirección. Con la impresión es mucho más difícil controlar las propiedades de

el material y eso es lo que dificulta la producción de marcos. Sin embargo, las cosas ciertamente van en esa dirección.’

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Economías de escala

Al otro lado del Canal de la Mancha en Bristol, hay una empresa para la cual la realidad de los marcos impresos en 3D está cada vez más cerca, al menos en parte.

Charge Bikes ha estado trabajando con EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) para crear las primeras punteras impresas en producción. Fabricadas con titanio Ti6Al4V, las punteras se imprimen en las instalaciones de EADS antes de enviarlas a Taiwán para soldarlas en las bicicletas de cross con congelador de Charge. Sin embargo, aunque las pruebas EN y los ocho meses extenuantes con el piloto profesional de Charge, Chris Metcalfe, han demostrado que los abandonos son tan exitosos como sus primos CNC, ellos y el proceso del que forman parte no carecen de limitaciones.

Neil Cousins de Charge dice: "Actualmente, las pérdidas impresas agregan un 20% al costo de un marco Freezer estándar, en parte porque cada construcción solo puede producir un máximo de 50 pérdidas debido al tamaño de la impresora". También estamos limitados por la cantidad de impresoras disponibles (en la actualidad, solo otras tres empresas en el Reino Unido las tienen) y la experiencia y las habilidades necesarias para usarlas.'

Cousins señala que no hay ninguna razón por la que en el futuro el costo de producir esas piezas no pueda reducirse a medida que aumente el tamaño y el número de máquinas, pero por el momento es realista acerca de hacia dónde se dirige la tecnología: Estamos siempre se me ocurren planes para las piezas y acabamos de contratar a un nuevo diseñador industrial aquí. Una cosa para recordar es que muchas de las piezas serán tan caras que debemos tener cuidado de no hacer algo que permanecerá en los estantes de nuestros distribuidores durante años. Dicho esto, muchos de los grandes actores de la industria de las bicicletas se han puesto en contacto con nosotros y con EADS para obtener más información sobre la tecnología y, a corto plazo, puedo ver fácilmente que la impresión 3D se usa para fabricar componentes como bujes, mecanismos. y casetes.'

Martyn Harris de Race Ware bien puede estar un paso por delante, ya que colaboró con el gurú de la aerodinámica Simon Smart para hacer una potencia de titanio. Si bien está lejos de ser un artículo terminado y vendible (Harris estima que la versión actual le ha costado £ 5, 000, por lo que cambiar uno podría ser un poco difícil), solo sirve para demostrar en qué nivel se encuentra actualmente la impresión 3D, y también qué se necesitará para llegar a donde les gustaría ir a empresas como Race Ware y Charge.

‘La clave del futuro de la impresión 3D es comprender el proceso’, dice Phil Kilburn de 3T RPD. Ha sido necesario mucho trabajo misionero de nuestra parte para que la gente crea en la tecnología, para educar a la gente sobre lo que puede y no puede hacer. Solo una vez que haya entendido el proceso, podrá aprovecharlo. Todavía no ha llegado allí, pero cuando lo haga, la impresión 3D explotará”.

La letra pequeña: cómo funciona realmente la impresión 3D

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  • Además de construir en plástico, 3T RPD tiene una serie de máquinas que imprimen piezas de metal, como estos atrapacadenas de titanio encargados por Race Ware.
  • La cámara de la impresora se calienta a 70 °C, antes de que un único láser de fibra, que funciona a más de 1000 °C, trace las capas bidimensionales en un lecho de polvo de titanio.
  • La luz blanca brillante que puede ver no es el punto del láser, sino una luz intensa que se emite cuando el titanio en polvo se funde.
  • Los atrapacadenas están construidos en capas de 20 micras: después de trazar cada capa, la base de la impresora desciende 0,02 mm antes de que se extienda una nueva capa de polvo.
  • Las camas de impresora de metal tienden a ser mucho más pequeñas que las camas de impresora de plástico. Pero la última de las máquinas de 3T RPD ya es un 50 % más alta que sus predecesoras.
  • El gran problema de hacer impresoras más grandes viene con los láseres de enfoque. Las impresoras de metal más pequeñas usan un solo láser, mientras que las impresoras de plástico de área más grande deben usar dos.
  • La impresión de tres atrapacadenas en titanio lleva unas cuatro horas. Se pueden meter hasta 50 en la cama de la impresora, pero el tiempo de construcción aumentará a unas 12 horas.
  • Cuando se termina la construcción, las piezas se pueden quitar casi como si se sacara una piedra de un montón de arena. Gran parte del polvo sobrante se recicla y se vuelve a colocar en la siguiente construcción.

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