La tecnología Layer-Free ™, desarrollada por Polymaker, se introdujo por primera vez en su revolucionario filamento de impresión 3D PolySmooth ™, que ofrecía a los usuarios la oportunidad de eliminar todas las líneas de capa de sus piezas impresas en 3D mediante un sencillo proceso posterior. Este desarrollo permitió que las piezas PolySmooth ™ lograran un acabado que normalmente no se encuentra en las piezas impresas en 3D y es algo que se ve más comúnmente en los procesos tradicionales de moldeo por inyección. La tecnología se utilizó posteriormente para crear un material galardonado que ha revolucionado la industria de la fundición a la cera perdida.
Las piezas de plástico han existido mucho antes de que se desarrollara la tecnología de impresión 3D y el acabado de la superficie ha sido en gran medida el mismo, superficies lisas y brillantes que eran suaves al tacto y atractivas a la vista. Las piezas de plástico se fabricaron de esta manera para ayudar al proceso de fabricación, ya que las piezas lisas se expulsarían de los moldes de inyección con mucha más facilidad, ya que se minimiza la fricción de la superficie entre la pieza de plástico y el molde de acero. Esto permitió una producción más rápida de piezas de plástico con mayor repetibilidad, por lo que se convirtió en el proceso normalizado para el moldeo por inyección y el acabado de superficie estandarizado para todas las piezas de plástico. Esto, a su vez, dio forma a la perspectiva pública de lo que ellos conocen como una pieza de plástico, un objeto que es inherentemente liso y brillante, ya que este era el acabado estándar para casi todas las piezas de plástico que habían encontrado.
La introducción de la impresión 3D cambió la forma en que se podían fabricar las piezas de plástico, permitiendo piezas de plástico con nuevas geometrías que no se podrían conseguir mediante el moldeo por inyección. El proceso de impresión frente al moldeo por inyección también es muy diferente en el proceso. La impresión 3D dividió los diseños asistidos por computadora en capas individuales e imprimió cada capa en un plano 2D que juntos formaron un objeto 3D. Esto naturalmente cambió el acabado de la superficie de las piezas de plástico, ya que muchas capas fusionadas crearon una textura horizontal que no era tan suave como los moldes de inyección de acero que se habían utilizado anteriormente. El acabado de la superficie de una pieza impresa en 3D depende en gran medida de la altura de la capa en la que se imprimió. Las alturas de capa más pequeñas crean más detalles, ya que se pueden comprimir más capas 2D en un espacio más pequeño y las capas más grandes eliminan los detalles, ya que se puede dedicar menos textura a la forma. Con una altura de capa lo suficientemente pequeña, una parte impresa en 3D podría imprimirse de una manera que la hiciera sentir suave al tacto, sin embargo, las líneas de la capa son difíciles de ocultar al ojo humano ya que la luz se reflejaría de manera diferente a los puntos altos y bajos. de las capas que obviamente distinguen un objeto impreso en 3D de un objeto moldeado por inyección. Imprimir en alturas de capa muy pequeñas puede crear un acabado más suave, pero también aumenta drásticamente el tiempo de impresión, ya que cada capa agregada aumenta aún más la ruta que debe seguir la extrusora.
Las impresiones en 3D también se pueden postprocesar lijando las capas hasta que los puntos altos de las capas coincidan con el punto bajo y se revele un plástico suave debajo. Esta podría, a su vez, pintarse o lacarse para lograr un acabado brillante logrando el aspecto estético de una pieza moldeada por inyección. Esto recrearía la imagen de las piezas de plástico como las conocían los consumidores, pero el problema que se enfrenta es que es inviable fabricar con una carga de trabajo tan intensa en el posprocesamiento de piezas de plástico.
Polymaker se propuso crear una tecnología que podría eliminar todas las líneas de capa de un objeto impreso en 3D y, al mismo tiempo, ser un proceso de manos libres que no requiere trabajo adicional ni horas de trabajo. El proceso desarrollado se denominó tecnología Layer-Free ™ y se aplicó a su filamento de impresión 3D PolySmooth ™ . PolySmooth ™ es un material a base de polivinil butiral (PVB) que muestra una excelente solubilidad en alcohol isopropílico (IPA), esto significa que cuando una pieza impresa en 3D se expone a IPA, las capas se pueden fundir y fusionar rápidamente. El resultado es un objeto liso y brillante que parece una pieza moldeada por inyección. El Polysher ™ fue creado como un dispositivo de escritorio que podía entregar IPA a piezas impresas en 3D de una manera muy controlada. El Polysher ™utiliza un nebulizador ultrasónico para crear una niebla fría de IPA líquido que se encuentra dentro de una cámara. Las piezas impresas en 3D fabricadas con PolySmooth ™ podrían introducirse en la cámara y exponerse a la niebla de IPA que fundiría suavemente las capas de la superficie. Polymaker descubrió que este proceso era la mejor manera de aplicar IPA a las piezas PolySmooth ™, ya que pulía objetos rápidamente pero no era demasiado agresivo, lo que permitía que los detalles del objeto impreso permanecieran después del pulido.
El Polysher ™También se permite el reciclaje de IPA ya que toda la niebla está contenida dentro de la cámara, esto permite que se vuelva a condensar y fluya de regreso al depósito situado en la parte inferior de la máquina. El Polysher ™ también tiene varias características de seguridad que le permiten trabajar junto con su impresora como una máquina de escritorio. En primer lugar, el Polysher ™ tiene una plataforma de elevación que eleva el objeto pulido fuera de la niebla de IPA, lo que permite a los usuarios reemplazar la plataforma y continuar puliendo. Como la niebla de IPA es más pesada que el aire, toda la niebla de IPA se hunde hasta el fondo de la cámara, donde se puede condensar en un líquido y regresar al depósito. Esto reduce la posibilidad de que la niebla de IPA se escape de la cámara hacia su lugar de trabajo. El Polysher ™ también cuenta con dos luces de advertencia que monitorean el sello de la cámara y también monitorean el nebulizador. Estas luces de advertencia detienen todos los procesos de pulido hasta que se hayan resuelto los problemas y se pueda iniciar un nuevo ciclo de pulido. La luz del sello de la cámara monitorea la posición del eje z de la plataforma mientras verifica si la carcasa de la cámara está correctamente asentada, asegurando un sello hermético dentro de la cámara. La luz de advertencia del nebulizador monitorea la frecuencia de las oscilaciones de la membrana del nebulizador. A partir de estos datos, el Polysher ™ puede determinar si hay un problema con el nebulizador, como que no hay IPA en el depósito, que el nebulizador se deshaga o un problema de sobrecalentamiento, todo lo cual provocará la luz de advertencia del nebulizador y dejará de pulir. ciclo. La luz del sello de la cámara monitorea la posición del eje z de la plataforma mientras verifica si la carcasa de la cámara está correctamente asentada, asegurando un sello hermético dentro de la cámara. La luz de advertencia del nebulizador monitorea la frecuencia de las oscilaciones de la membrana del nebulizador. A partir de estos datos, el Polysher ™ puede determinar si hay un problema con el nebulizador, como que no hay IPA en el depósito, que el nebulizador se deshaga o un problema de sobrecalentamiento, todo lo cual provocará la luz de advertencia del nebulizador y dejará de pulir. ciclo. La luz del sello de la cámara monitorea la posición del eje z de la plataforma mientras verifica si la carcasa de la cámara está correctamente asentada, asegurando un sello hermético dentro de la cámara. La luz de advertencia del nebulizador monitorea la frecuencia de las oscilaciones de la membrana del nebulizador. A partir de estos datos, el Polysher ™ puede determinar si hay un problema con el nebulizador, como que no hay IPA en el depósito, que el nebulizador se deshaga o un problema de sobrecalentamiento, todo lo cual provocará la luz de advertencia del nebulizador y dejará de pulir. ciclo.
El Polysher ™ presenta dos aplicaciones de iluminación diferentes, una es la luz de la cámara principal que puede atenuarse o apagarse, la otra es una luz nebulizadora que puede alternar entre 15 colores diferentes para iluminar la niebla de IPA.
PolySmooth ™ se puede utilizar en muchas aplicaciones diferentes que van desde la creación de prototipos hasta las piezas listas para producción. Gracias a la superficie única que se puede lograr una vez PolySmooth ™Las impresiones han sido pulidas, lo que permite a los diseñadores dar el toque final a sus prototipos produciendo un acabado realista que era inalcanzable antes de la tecnología Layer-Free ™. Debido a la excelente solubilidad de PolySmooth ™ en IPA, también permite que las piezas grandes se suelden químicamente, ya que el IPA se puede utilizar como pegamento solvente. Pintar solo tres capas de IPA en la superficie de PolySmooth ™ permitirá unir las partes individuales permitiendo combinaciones de colores con bordes duros sin introducir ningún material de unión extraño. Además, las superficies se pueden pulir juntas para crear una superficie lisa a través de las líneas de unión, esta técnica deja una superficie homogénea.
La dureza de PolySmooth ™ 3D printed parts also increases after the polishing process, as all the exterior layers are bonded together. This fusing of the layers helps 3D printed parts take an impact and also improves their tensile strength. The Z-axis strength is also greatly increased as fractures along the layers are most common in 3D printed parts. Polished parts also are completely watertight which makes PolySmooth™ a great material for any part that will come in contact with water. This can range from useable vases to kitchenware, to medical applications, the smooth surface is also very easy to clean. The many layers in unpolished 3D prints provide lots of surfaces for dirt to get caught and for microbes and bacteria to grow, eliminating the layers greatly reduces the chance of a part becoming moldy when in contact with skin and water.
PolySmooth ™ también permite quitar y limpiar el soporte fácilmente, la mayoría de las impresoras 3D actualmente en el mercado son máquinas de extrusión simple, como consecuencia, las geometrías complejas que requieren soporte deben usar el mismo material de soporte que el material de construcción. En algunos casos, esto puede causar problemas ya que el soporte puede dejar cicatrices en la superficie de la interfaz donde el soporte se encuentra con el modelo. PolySmooth ™ se puede limpiar muy fácilmente y cualquier cicatriz causada por el material de soporte puede eliminarse por completo una vez que la pieza ha sido pulida.
Laura Jonas es una empresa checa que crea artículos de moda únicos utilizando PolySmooth ™ y Polysher ™ para lograr un acabado que sea estéticamente agradable para su gama de joyas. Al combinar piezas de plástico brillante con materiales que se encuentran tradicionalmente en la fabricación de joyas, Laura Jonas ha logrado crear una apariencia única y hermosa.
Martin Jonas, diseñador jefe, dice: “Me encanta trabajar con Polysmooth y Polysher, solía dedicar mucho tiempo a lijar y pulir mis impresiones 3D para obtener el acabado superficial estándar de la industria. Polysmooth ha eliminado completamente este proceso, ahora puedo imprimir nuestros accesorios y obtener resultados repetibles en la pulidora sin esfuerzo adicional ”.
PolySmooth ™ ha añadido una nueva dimensión a los accesorios de moda de Laura Jonas y es un buen ejemplo del uso de la impresión 3D para crear productos finales.
Polymaker ha desarrollado un segundo material que emplea la tecnología Layer-Free ™, este material es un material de fundición especializado que puede reemplazar los patrones de cera utilizados en el proceso de fundición de inversión. El uso de la tecnología Layer-Free ™ se combina con la tecnología Ash-Free ™ de Polymaker para crear un filamento de impresión 3D que se moldea muy bien y se quema muy limpiamente. El material se llama PolyCast ™y ha sido diseñado directamente para la industria de fundición de metales. El proceso de fabricación de piezas metálicas a partir de patrones de cera está bien establecido y PolyCast ™ encaja muy bien en el proceso sin interrumpir los procesos tradicionales. En lugar de patrones de cera de moldeo por inyección que luego se utilizan para crear un molde de cerámica, los usuarios pueden imprimir patrones de PolyCast ™ en 3D reemplazando la cera y eliminando la necesidad de herramientas o moldeo por inyección. Las herramientas suelen ser el factor limitante a la hora de introducir nuevos productos en el mercado, ya que requieren mucho tiempo y son costosos. PolyCast ™ permite una iteración más rápida del diseño y no está limitado por números de volumen o grandes cantidades de pedido mínimo. Esta gran ventaja de tiempo y dinero ha visto la adopción generalizada de PolyCast ™ por fundiciones de todo el mundo, sin desviarse de su proceso bien establecido.PolyCast ™ .
Como se mencionó anteriormente, PolyCast ™ también tiene tecnología Layer-Free ™ que permite pulir las piezas impresas en 3D para obtener una superficie lisa y brillante, esto ayuda enormemente al proceso de moldeo ya que las burbujas pueden quedar atrapadas entre las capas y causar defectos en el molde que se transfieren partes de metal. Un proceso de fundición de inversión típico será el siguiente. Los diseños CAD se imprimen en 3D con PolyCast ™ y luego se pulen dentro del Polysher ™, luego se unen a un árbol de cera que puede contener múltiples partes y consta de bebederos y elevadores que ayudan a guiar el flujo de metal fundido. Luego, el árbol se sumerge en una lechada de cerámica que recubre todas las superficies del árbol y las piezas impresas en 3D. A continuación, se rocía con una partícula de sílice que añade grosor y resistencia al molde. Este proceso se repite luego hasta que se construye una capa de cerámica alrededor de las piezas impresas en 3D que sea lo suficientemente gruesa como para resistir el metal fundido. La cáscara de cerámica se cuece luego en un horno a temperaturas de 1200 ° C, esto cura la cerámica para crear una cáscara muy dura y resistente al calor. Es durante este proceso que los patrones impresos en 3D se queman de las cáscaras de cerámica. La tecnología Ash-Free ™ normalmente deja un residuo de ceniza del 0,003% en peso después de la combustión. Esto significa que la pieza impresa en 3D ha sido completamente vaporizada por las altas temperaturas en el horno produciendo una superficie de fundición muy limpia en el interior del molde de cerámica. Luego, los moldes se utilizan para verter metal fundido en el que se solidifica en el patrón de las piezas impresas en 3D. Luego, el árbol de metal se separa de la cáscara de cerámica quebradiza y las partes individuales se cortan del árbol que se pueden reciclar. Las piezas generalmente se procesan posteriormente mediante una fresadora CNC para lograr las tolerancias deseadas para maquinaria precisa. En algunos casos, las piezas metálicas se pueden limpiar fácilmente a mano y están listas para la producción sin necesidad de fresado CNC. Tener un molde que esté completamente libre de cenizas es esencial para la calidad final de la pieza de metal y es la tecnología clave que se emplea en PolyCast ™.
La tecnología Layer-Free ™ ha dado a las piezas impresas en 3D ese toque final que las lleva a la liga de los objetos de plástico fabricados tradicionalmente. Con todos los demás beneficios de la impresión 3D, la capacidad de crear una superficie lisa y brillante que sea impermeable y fácil de limpiar es un gran avance para las piezas impresas en 3D y sirven como una ayuda diaria para nuestra vida moderna. Al desbloquear nuevas formas geométricas, la tecnología Layer-Free ™ ha ayudado a abrir nuevas puertas para la carcasa de inversión, lo que permite tiempos de entrega más cortos y más personalización de las piezas metálicas. Esto, a su vez, beneficiará a muchas otras industrias y tendrá un impacto verdaderamente global a medida que creamos máquinas cada vez más eficientes.