Ensayos de partes impresas en 3D: asistencia cada paso del camino

17/07/2020

    La fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, proporciona una flexibilidad excepcional y reduce los costes de innovación, eliminando las restricciones a las que se ven sometidos los diseñadores. Ahora pueden dar rienda suelta a la creatividad para centrarse en el rendimiento de las piezas mediante la reducción de peso, la aerodinámica, la funcionalidad y la seguridad de las mismas.

    ¿Sabías que actualmente las piezas impresas en 3D son ensayadas con mayor rigurosidad que aquellas fabricadas por cualquier otro medio? La fabricación aditiva implica ensayos rigurosos de materiales tales como investigaciones metalográficas, ensayos de rodamientos, fatiga a alto ciclo, tenacidad a la fractura e índice de crecimiento por grietas.

    Ahora vamos a proceder a explicar en detalle el proceso de validación de la impresión 3D, y cómo el ensayo de materiales está presente en todo momento.

    Los fabricantes de máquinas necesitan asegurarse de que sus nuevas impresoras 3D sean capaces de responder a las exigencias de sus clientes, en cuanto a las propiedades de los materiales. Para ello, necesitan ensayar los materiales que van a utilizar y obtener datos de ensayo, que les brindarán la oportunidad de optimizar los parámetros de sus máquinas para crear bases de datos de materiales y garantizar la satisfacción del cliente desde el primer momento.

    A continuación, los fabricantes de piezas 3D instalan sus impresoras y comienzan a llevar a cabo experimentos para comprender cómo diferentes “inputs” de materiales y configuraciones afectan al “output” de los procesos de manufactura.

    Por ejemplo, en el supuesto de que quisiéramos comprar un coche… ¡considera a esta parte del proceso como un “test drive”, para evaluar su rendimiento y decidir si te convence o no!

    Este “test drive” es conocido como un “Screening Test Program” y es cuando los fabricantes de piezas mandan las muestras (outputs) para ser testadas y reciben sus propiedades materiales, averiguando así si la máquina cumple con sus expectativas y requerimientos.

    Para ello, prueban varias combinaciones de los siguientes elementos, agrupando los especímenes en series diferentes: Máquina Utilizada – Tipo de Material – Tipo de Polvo – Grupo de Parámetros.

    Siguiendo con el proceso, y en consonancia con la tabla anterior, los fabricantes de piezas ahora entran en la fase de Calificación del Procedimiento de Fabricación o Process Qualification (PQ). Su objetivo es validar el proceso de producción y lograr resultados replicables y consistentes mediante un número elevado de ensayos. Se busca evitar la desviación y obtener propiedades de materiales isotrópicas estables, con la menor variación posible.

    Los métodos de impresión 3D podrían llevar a la fabricación de componentes con propiedades mecánicas anisotrópicas. En consecuencia, y para evitarlo, se llevan a cabo ensayos con especímenes impresos en diferentes orientaciones (X / Y / Z).

    Un dato curioso sobre las muestras impresas en 3D es que no necesitan ser cortadas y talladas para ser ensayadas, como las de otros procesos de fabricación mecánicos. Los especímenes aparecen ya impresos en una forma casi definitiva de acuerdo a las normas de ensayo; sin embargo, se deberán emplear máquinas CNC y sus superficies deberán ser tratadas con procesos mecánicos, químicos y galvánicos, para ser así individualmente testadas y desencajadas de la placa base (o pieza de trabajo) en la que están engarzadas. Adicionalmente, se les aplican procesos de tratamiento térmico para reducir la porosidad y generar propiedades materiales isotrópicas estables.

    Near-final-shape printed specimens

    Cambios significativos en el diseño o las dimensiones de las piezas, como su espesor u orientación, pueden influenciar las propiedades de los materiales y hacer necesarios ensayos adicionales.

    Tan pronto obtengan los resultados deseados con mínima o nula desviación, los fabricantes de piezas pasan a la fase de First Part Qualification (FPQ).

    Ahora podrán comenzar a diseñar e imprimir piezas reales. El objetivo es garantizar que las propiedades materiales previamente identificadas de las muestras hayan sido transferidas a las piezas. Para una verificación satisfactoria se testarán muestras extraídas de las piezas (“cut-up parts”) además de muestras individuales de la misma serie de producción.

    Por ejemplo, una fase FPQ típica para piezas del sector aeroespacial incluye ensayos mecánicos tales como ensayos de tracción, de fatiga y de tenacidad de fractura.

    Tras llevar a cabo ensayos cuantitativos y cualitativos de forma exhaustiva, los fabricantes de piezas alcanzan la fase de Producción en Serie.

    Llegados a este punto, el control de calidad se hace esencial, ya que los fabricantes de piezas necesitan garantizar la estabilidad del proceso de impresión. Los ensayos de control de calidad llevados a cabo sobre las piezas suelen incluir una inspección visual, control dimensional y ensayos no destructivos NDT (como la radiografía digital y la localización de grietas superficiales). En paralelo a estos ensayos, se deberán imprimir un reducido número de muestras en cada serie de producción, que serán sometidas a ensayos mecánicos (tracción y dureza) y analíticos (secciones microscópicas) adicionales.

    Además, los fabricantes de piezas necesitarán realizar operaciones de mantenimiento de las máquinas y revalidar sus procesos de cualificación de forma regular.

    En Applus+ tenemos amplia experiencia en el sector Aeroespacial y de Defensa y conocemos los retos asociados a los procesos de impresión 3D. Hemos desarrollado un repertorio de servicios de ensayos para dar soporte a toda la cadena de valor del proceso de fabricación aditiva.

    Proporcionamos resultados detallados de ensayos a nuestros clientes, incluyendo estudios de benchmarking que enfrenten los “outputs” actuales de los ensayos con los deseados (en caso de existir) y, además, damos asistencia técnica a aquellos clientes nuevos en el mundo de la impresión 3D que quieran iniciarse, pero no saben qué ensayos pueden/deben llevar a cabo durante cada fase de la cadena de valor.

    ¿Te gustaría obtener más información sobre nuestros servicios de ensayos de impresión 3D o necesitas ayuda con algo en concreto?

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