Sinterización de alta velocidad de voxeljet: Impresión de polímeros en 3D para componentes de calzado personalizados
Durante mucho tiempo, todos los zapatos de una serie de modelos eran iguales. Las únicas excepciones eran modelos especiales, caros y hechos a medida para atletas de élite. Ahora hay un nuevo potencial de innovación para los fabricantes de zapatos: La impresión en 3D de voxeljet permite la producción de zapatos a medida que podrían incluso ofrecer a los consumidores funciones de mejora del rendimiento y la comodidad. Los procesos de fabricación aditiva, como la sinterización de alta velocidad de voxeljet, allanan el camino para la producción aditiva de zapatos del mañana mediante la producción personalizada y el desarrollo de materiales.
El hecho de que esos zapatos hechos a medida puedan tener en cuenta las formas individuales de los pies, los pesos corporales y las longitudes de las zancadas también ofrece un beneficio particular a los clientes finales. Sin embargo, desde el punto de vista del fabricante, no son sólo los beneficios para el cliente los que hablan a favor del proceso de Sinterización de Alta Velocidad (HSS). Con el HSS se pueden ajustar casi todos los parámetros de producción para permitir procesos de fabricación más económicos, más rápidos y más respetuosos con el medio ambiente y, al mismo tiempo, permitir la adaptación del proceso a diferentes materiales.
Casi ningún jefe de producto de la industria manufacturera es capaz actualmente de evitar el tópico de las "Estructuras en celosía". Estos son diseños abstractos de rejilla generados por CAD que toman la naturaleza como modelo. Estos diseños dan a los productos la máxima estabilidad y durabilidad y crean enormes ahorros de material y peso. No es de extrañar, por tanto, que incluso los fabricantes de calzado deportivo líderes en el mercado tengan un gran interés en los procesos de fabricación aditiva. Con las estructuras de rejilla impresas en 3D se pueden reducir los costes de producción y, gracias al ahorro de material, el proceso de fabricación también protege el medio ambiente. El plástico no sinterizado puede, dependiendo del proceso y el material, ser reciclado y devuelto al proceso de producción.
El avance de las tecnologías de impresión en 3D en la industria del calzado
Varios fabricantes de calzado ya están trabajando con técnicas de impresión en 3D en la producción de plantillas u otros componentes del zapato como las plantillas. Las tecnologías de aditivos para el procesamiento de resinas líquidas son métodos comunes en los que las áreas que se van a sinterizar se exponen selectivamente a la luz y, por lo tanto, se endurecen. Aunque estos métodos ofrecen la posibilidad de imprimir componentes de calzado impermeables con detalles finos y buenas propiedades de superficie, los materiales procesados y, por tanto, las propias piezas impresas son comparativamente pesados.
Otra técnica de fabricación aditiva es la Fabricación de Filamentos Fundidos (FFF). En este método, se aplica una capa de filamento de plástico fundido como una hebra y se pega. La ventaja de la sinterización de alta velocidad es la mayor velocidad de producción, la diversidad de materiales, los tiempos constantes de las capas y, por lo tanto, una gestión térmica más fácil y la libertad geométrica. A diferencia del FFF, el HSS no requiere estructuras de soporte para estabilizar los componentes impresos. El polvo sin imprimir apoya los componentes en la caja de trabajo. Esto permite la plena utilización de la caja de trabajo de HSS.
La mayoría de los procesos aditivos están orientados a la geometría; producen estructuras de panal u otras estructuras de celosía biónicas para las diferentes zonas de tensión en el zapato. Como resultado, el grosor de las paredes de las estructuras, por ejemplo, debe hacerse más grueso para obtener un mayor grado de estabilidad. Por otra parte, el proceso de HSS funciona con una entrada de tinta variable, lo que permite diferentes propiedades del material, como la resistencia o la rigidez dentro de una estructura de celosía, pero también en el material sólido. Se pueden imprimir diferentes cantidades de tinta absorbente de infrarrojos (IR) en las zonas sometidas a tensión de la suela de un zapato. El componente obtiene una mayor resistencia en este punto durante el proceso de sinterización. Como otra alternativa, como en todos los procesos de fabricación aditiva, con el HSS también se puede trabajar con estructuras reticulares para conseguir diferentes grados de resistencia en la parte superior. Con la impresión en escala de grises de HSS de voxeljet, los fabricantes de calzado pueden optimizar los sectores individuales del componente de calzado impreso en 3D para cargas específicas en términos de confort de uso, estabilidad y elasticidad.
Proceso HSS e impresión en escala de grises: cómo funciona
La escala de grises HSS de voxeljet es un proceso de impresión en 3D para la creación de piezas tridimensionales con propiedades de destino variables. Las propiedades materiales del cuerpo producido pueden ser influenciadas individualmente en las tres dimensiones. Tales propiedades podrían ser la fuerza mecánica o la elasticidad y la densidad del material y, por lo tanto, el peso y el centro de gravedad del objeto impreso en 3D. La gran ventaja: estas propiedades materiales variables no son visibles en el último componente.
En el proceso HSS, se aplica una fina capa de polvo plástico, como TPU, EVA o TPE a una plataforma de construcción con calefacción. Posteriormente, un cabezal de impresión de chorro de tinta se mueve a través de la plataforma y aplica selectivamente una tinta que absorbe luz infrarroja a áreas del área del edificio. Una vez terminado, una luz infrarroja irradia sobre la plataforma de construcción. Las áreas impresas del polvo plástico absorben el calor, lo que hace que se sintericen con las capas subyacentes. Una vez finalizado el proceso de sinterización, la plataforma de construcción se baja una capa de espesor y se aplica e imprime la siguiente capa de polvo plástico. Este proceso se repite hasta que se completa la construcción de, por ejemplo, una entresuela. Posteriormente, todo el espacio de construcción con las piezas sinterizadas se enfría dentro o fuera del sistema de impresión.Finalmente, la suela del zapato se puede quitar del polvo circundante y seguir procesando. Debido a la entrada de temperatura selectiva, el polvo sin imprimir permanece suelto y se puede reutilizar para otros procesos de impresión, dependiendo del material utilizado.
El valor de gris, escala de grises o nivel de gris indica la cantidad de tinta impresa en el polvo. Dependiendo del material utilizado, se pueden imprimir hasta seis niveles de gris diferentes en el material en polvo. Los cabezales de impresión de inyección de tinta se controlan mediante mapas de bits. Dado que el cabezal de impresión controla la cantidad de tinta absorbente de infrarrojos en el proceso HSS, se puede cambiar el tamaño de gota del absorbente y, por tanto, el valor de gris por volumen.
Cuanto más oscuro sea el tono gris, más energía térmica puede ser absorbida por el material impreso de la lámpara de infrarrojos. Esto no solo le da a la suela su forma tridimensional, sino que también permite agregar e integrar propiedades mecánicas tridimensionales al mismo tiempo.
Además, la escala de grises se puede combinar con tramado (simulación de pasos intermedios realmente inexistentes a través de ciertas disposiciones / rasterizaciones de píxeles). Esto permite un ajuste aún más preciso del coeficiente de absorción, la entrada de energía y, por lo tanto, la temperatura efectiva del material en polvo, lo que influye aún más en las propiedades del material.
Especificaciones técnicas de la impresión en escala de grises
Diferentes grados de dureza imprimibles mediante entrada de tinta
Hasta 6 niveles de gris posibles
Escalas de grises variables con respecto a la absorción de energía según el material
Mejor nitidez de los bordes en comparación con el tramado
Alto nivel de detalle
Mayor resistencia de la pieza que la vibración de la suela
Posibles combinaciones adicionales con difuminado para una variación aún mayor
Superficies más suaves
El código abierto permite la personalización gratuita a los requisitos del material
Para HSS, voxeljet se basa en un software de código abierto ProPrint para controlar sus sistemas de impresión 3D. Lo más destacado de la solución de código abierto: los clientes pueden personalizar libremente todos los parámetros de impresión para sus propios requisitos de material. ProPrint y la herramienta integrada de análisis de datos Voxeljet Vamos, por ejemplo, permiten un control libre de la entrada de temperatura con la que se fundirá el polvo impreso. El grosor de la capa, la transferencia de tinta y las secuencias generales del proceso también se pueden ajustar libremente.
La joven tecnología del experto en impresión 3D voxeljet tiene un gran potencial para que la industria del calzado reinvente el calzado. La diversidad de materiales, la conservación de recursos, la construcción liviana, la personalización y la mejora del rendimiento para los clientes finales son solo algunos de los beneficios potenciales.
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