NPE 2024: impresión 3D y su impacto en la industria de plásticos

NPE regresó después de seis años, trayendo la tecnología de fabricación de plásticos a Orlando, Florida, del 6 al 10 de mayo de 2024. En el tiempo transcurrido desde la edición anterior de esta feria, la adopción de la manufactura aditiva en la industria del plástico ha avanzado y se ha expandido.

Aunque la tecnología de manufactura aditiva no contó con un espacio centralizado en los dos pabellones de exhibición de NPE, su presencia se sintió a lo largo de todo el evento, desde el taller de impresión 3D para procesadores de plásticos celebrado el miércoles 8 de mayo, hasta las exhibiciones enfocadas en materiales y tecnología distribuidas por el piso de la feria.

En cada caso, la manufactura aditiva se presentó menos como un disruptor de la industria y mucho más como un apoyo para los fabricantes de herramientas, moldeadores y OEM, y como un medio para complementar lo que estas empresas ya están haciendo. A continuación, presentamos algunos de los puntos destacados de la feria:

1. La manufactura aditiva es una forma de enfrentar los desafíos de la fuerza laboral en la manufactura de herramientas

La impresión 3D de metales ofrece una forma más rápida de obtener insertos para moldes de inyección, como este deslizador de molde para una herramienta de acabado automotriz impreso en 3D con la tecnología de Mantle.

Imprimir este deslizador requirió solo 4 horas de trabajo activo de los fabricantes de herramientas del cliente, en comparación con varias cientos de horas para producirlo de manera convencional.

Muchos fabricantes de herramientas experimentados están jubilándose o cerca de ello, y "no hay un segundo banco", como dice Ted Sorom, cofundador y CEO de Mantle. Las tecnologías de manufactura aditiva como el proceso TrueShape de Mantle (una técnica que construye herramientas extruyendo, fresando y luego sinterizando una pasta metálica) están ganando terreno porque pueden consolidar los pasos del flujo de trabajo para producir insertos de moldes.

El proceso de Mantle, por ejemplo, a menudo reduce o elimina la necesidad de operaciones de EDM (electroerosión por penetración) y las herramientas asociadas. Evitar o reducir el tiempo dedicado a pasos del proceso como este permite que los fabricantes de herramientas sean más eficientes en su trabajo y acorten el tiempo desde el diseño del inserto hasta su uso.

Xact Metal destacó otros beneficios potenciales de las herramientas metálicas impresas en 3D con este inserto. Dejar áreas abiertas permite imprimir esta herramienta más rápido y con menos material; soporta el enfriamiento en el moldeo por inyección; y también permite una operación de prensa más rápida gracias a su menor peso.

La prevalencia de la tecnología de impresión 3D en el mercado general también puede ayudar a reclutar a la próxima generación de fabricantes de herramientas. Xact Metal, que mostró las capacidades de producción de herramientas de su plataforma de fusión por lecho de polvo láser (que describiremos con más detalle más adelante), ve la impresión 3D como una ayuda para reubicar la fabricación así como para enfrentar los desafíos de la fuerza laboral.

“Los jóvenes de hoy conocen la impresión 3D y traer esta tecnología a este espacio podría atraerlos a una carrera en la fabricación de herramientas", dijo Scott Kraemer, ingeniero de aplicaciones.

2. La velocidad está impulsando la adopción

Este inserto de molde para un anillo de suspensión automotriz está impreso en 3D con Ultracur3D RG3280 de BASF. La herramienta se produjo en aproximadamente 12 horas con impresión 3D, en comparación con unas 6 semanas para obtener una herramienta convencional cortada de aluminio.

Los fabricantes contratistas y los OEM están viendo que la manufactura aditiva “gana” cuando puede proporcionar la ruta más rápida hacia una pieza o herramienta. El proveedor de materiales BASF mostró varios juegos de insertos de molde en su stand impresos con un material cerámico llamado Ultracur3D RG3280, destinado a impresoras de estilo SLA y DLP.

La química de la suspensión hace posible lograr una herramienta de molde de inyección utilizable con solo una breve curación UV de 10 a 15 minutos para reticular y densificar el material, dijo David Constant, gerente de ventas y desarrollo de negocios de BASF 3D Printing Solutions North America.

Un tratamiento térmico más largo puede realizarse como un paso secundario, si es necesario, pero evitar este procedimiento prolongado (a menudo de 7 horas o más) ayuda a acelerar la creación del molde, de modo que el tiempo de entrega de una nueva pieza moldeada puede ser de tan solo 24 horas.

Para los fabricantes contratistas como Xometry, la manufactura aditiva permite una fabricación bajo demanda más rápida y el desarrollo de productos. Los nuevos diseños pueden iterarse en un enfoque de “escopeta” en el que se imprimen en 3D múltiples diseños a la vez para llegar rápidamente a la mejor opción, manifestó Greg Paulsen, director de ingeniería de aplicaciones y marketing, en su presentación durante el taller de impresión 3D para procesadores de plásticos desarrollado durante la feria.

El punto de equilibrio entre la impresión 3D directa de polímeros y el moldeo por inyección depende de varios factores, incluidos el diseño de la pieza, las dimensiones y la capacidad de anidarse dentro de un volumen de construcción, como ilustró Greg Paulsen a través de varios ejemplos.

Otros ponentes en este evento enfatizaron la rapidez con la que la impresión 3D puede entregar piezas de polímero para uso final, no necesariamente como un competidor del moldeo por inyección, sino para soportar aplicaciones que serían costosas o llevarían mucho tiempo moldear.

Daniel Baker, gerente de programas para plásticos en Endeavor 3D, compartió un estudio de caso en el que su compañía entregó una pequeña serie de aproximadamente 500 piezas para un nuevo control de juegos de alta gama, aún en desarrollo, que habría sufrido un largo tiempo de espera para el moldeo por inyección.

Por su parte, Andrew Roderick, ingeniero senior de aplicaciones y ventas de Extol, describió cómo su empresa imprimió en 3D 53,000 piezas automotrices en tres meses en una aplicación de producción puente para evitar la paralización de la línea de ensamblaje del cliente.

Spencer Loveless, fundador y CEO de Merit3D, describió cómo su compañía fabricó 62,000 componentes de correa para estuche de binoculares en solo 7 horas, entregando las piezas más rápidamente que el moldeo por inyección y ahorrando al cliente alrededor de $US300,000 en costos potenciales de herramientas.

3. La manufactura aditiva avanza con asociaciones

Una de las pocas máquinas de impresión 3D presentes físicamente en el piso de la feria fue la XM200G2 de Xact Metal, una impresora de fusión por lecho de polvo láser que se posiciona por su accesibilidad. La máquina es lo suficientemente pequeña como para pasar por una puerta estándar, funciona con electricidad de 110 V y ofrece un volumen de construcción compacto que mantiene los costos operativos bajos al limitar la cantidad de polvo necesaria para llenar el lecho y la cantidad de argón requerida para mantener el entorno inerte.

Pero, justo a la derecha de esta impresora 3D, había una máquina de posprocesamiento, un electropulidor DLyte de GPAInnova, uno de los socios de equipos de Xact Metal. La empresa ha descubierto que, mientras algunos compradores quieren investigar y elegir sus propios equipos auxiliares, la adopción (y las ventas) de impresoras 3D pueden facilitarse al ofrecer a los clientes un paquete más completo de equipos.

Mientras la impresión 3D estaba dispersa por toda la feria, la mayoría de los expositores enfocados en la manufactura aditiva se encontraban en la Zona de Manufactura Avanzada.

El stand de Xact Metal incluía tanto equipos de soporte, en forma de la máquina de pulido vista en primer plano, como su impresora 3D.

"Hay una solución para todo, desde software hasta pulido y equipos auxiliares", dijo Kraemer. Xact ahora tiene relaciones con varias otras empresas cuyos productos puede recomendar a los clientes, incluidos materiales. La compañía anunció recientemente una nueva asociación con Uddeholm para suministrar el acero para herramientas Corrax en forma de polvo.

"Los fabricantes de herramientas están acostumbrados a fabricar herramientas con Corrax en lingotes", dice Kraemer. "Ahora pueden imprimir en 3D con él también".

4. La impresión 3D sigue teniendo un papel significativo de apoyo

Mientras que los insertos de moldes y las piezas de polímero impresas en 3D directamente fueron las áreas de mayor énfasis para la fabricación aditiva en NPE2024, la tecnología también está ayudando a los fabricantes a lograr otros beneficios en sus operaciones.

En una conversación en la feria, hablé con un miembro de una nueva empresa de servicios de manufactura aditiva que está específicamente dirigida al mercado de plantillas y accesorios para clientes con grandes fábricas y líneas de ensamblaje, viendo esto como un mercado desatendido.

En otra reunión, hablé con miembros del equipo de la empresa de tecnología de automatización Universal Robots y su socioEMI Corp. sobre las formas en que la impresión 3D está permitiendo la adopción de robots colaborativos, o cobots.

La fabricación aditiva también tiene un papel que desempeñar en la ayuda a la adopción de otras tecnologías. Esta demostración en el stand de Universal Robots combina un cobot de UR con una ventosa, nidos de piezas y otros elementos de integración impresos en 3D producidos por EMI Corp.

"Los periféricos son el desafío", dijo Travis Langford, gerente de desarrollo de negocios y canal en Universal Robots. "Es la interfaz entre el robot y la máquina, las medidas de seguridad, las herramientas al final del brazo".

Para resolver este último desafío, UR a menudo trabaja y recomienda los servicios de EMI. La empresa, que apoya la automatización a través de muchos servicios, ha estado aplicando la impresión 3D Multi Jet Fusion (MJF) principalmente en nylon para suministrar periféricos de automatización como soportes de gestión de cables, nidos de piezas y ventosas. Según George Baker, gerente regional de ventas de EMI, la tecnología de impresión 3D de HP es rentable, ayuda a reducir el peso de los periféricos y permite tiempos de entrega acelerados.

“La herramienta impresa en 3D ayuda a que los robots se instalen”, dice Langford. “Resolver esa interacción ayuda a que la automatización avance”.