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Conceptualmente, la impresión sin soporte tiene muchos beneficios, por lo que sigue siendo una aspiración dentro de la industria. No solo significaría que se usa y desperdicia menos material después del hecho, sino que también tiene otras ventajas financieras y de productividad. La gran pregunta es si es físicamente posible imprimir en 3D completamente sin soporte.

En la fabricación aditiva (AM), los soportes se utilizan comúnmente en el proceso de construcción para reforzar y mantener la estructura de la pieza que se está creando. Esto es necesario por varias razones, según el tamaño y la forma de la pieza que se está construyendo. La construcción sin soporte, por otro lado, se refiere al desarrollo de formas de producir piezas impresas en 3D completamente independientes de cualquier estructura de soporte.

Cuando se usan, los soportes se colocan estratégicamente para evitar la deformación por tensiones térmicas, fomentar la transferencia de calor fuera del material fundido y proteger la pieza de formación de la hoja de la recubridora, que puede alterar la forma de la pieza si se producen impactos. También pueden proporcionar rigidez adicional a la pieza durante el proceso de construcción, por ejemplo, fijándola a la placa de construcción para mantenerla estable.

La impresión sin soporte eliminaría los soportes, lo que permitiría construir una pieza completamente independiente y lista para funcionar tan pronto como se complete la impresión.

Los soportes funcionan esencialmente como pequeñas plataformas de construcción elevadas debajo de la pieza que se está fabricando. Estos proporcionan una estructura adicional a la construcción. En algunas circunstancias, sin el soporte adecuado, una parte no se formará por completo. Esto es más común con secciones sobresalientes de una pieza o cuando una pieza necesita un agujero que la atraviese por completo; cualquiera de estos escenarios solo progresará hasta cierto punto antes de que no puedan anclarse durante el proceso de construcción. El uso de soportes permite la producción de piezas con una base estrecha o huecos.

Como regla general, los soportes tienden a ser necesarios para cualquier aspecto de una construcción que se extienda a menos de 45° desde la plataforma de construcción; esto significa que cualquier parte que se eleve en un ángulo agudo puede necesitar soportes en la construcción.

Si bien la construcción de soportes durante el proceso AM es beneficiosa para la creación de piezas más complejas y elaboradas, también tiene varios inconvenientes. Estos se relacionan principalmente con los tiempos de impresión, los materiales y el procesamiento posterior.

Tiempos de impresión —Cada uno de los soportes debe imprimirse progresivamente con cada capa de la construcción—de la misma manera que la pieza en sí se crea capa por capa. Esto da como resultado tiempos de impresión más prolongados que reducen la eficiencia y usan más energía, lo que afecta el costo de las construcciones en más de un sentido.

Material de consumo —Como los soportes se construyen de la misma forma que el resto de la pieza, se deben utilizar materiales superfluos para su realización. Los soportes se eliminan del producto final en el procesamiento posterior y se eliminan como material de desecho, lo que afecta el tiempo y los costos.

Postprocesamiento —La mayoría de las piezas impresas en 3D pasan por un procesamiento posterior, que puede constar de varias etapas según lo que se requiera para terminar la pieza y hacerla apta para su uso. Esto puede incluir el mecanizado y el tratamiento de la superficie para mejorar la precisión de la pieza y reducir la rugosidad de la superficie, y el tratamiento térmico para mejorar las propiedades mecánicas, así como la eliminación de las tensiones térmicas incurridas durante el proceso de construcción. A menudo se requiere una etapa de limpieza final para eliminar cualquier polvo extraño.

Construir con más y más grandes soportes requiere un proceso de acabado más largo e intensivo. Este proceso que lleva mucho tiempo no solo es manual, sino que también tiene un costo adicional. El tiempo de mano de obra especializada y las herramientas necesarias se suman al resultado final para la fabricación de productos.

También hay casos en los que algunos soportes son inaccesibles y, por lo tanto, no se pueden quitar. Si bien es posible que esto no impida que la pieza funcione, agregarán peso y afectarán potencialmente el rendimiento general de la pieza. En el caso de la ingeniería de precisión, la capacidad de imprimir sin esos soportes podría tener beneficios rotundos para el uso futuro de la pieza.

Al cambiar a la impresión 3D sin soporte, el proceso AM se puede mejorar económicamente, ambientalmente y en velocidad. No es necesario construir soportes durante la construcción, lo que significa que se derretirá menos material en el lecho de polvo, lo que tiene múltiples beneficios para AM.

Hay tres beneficios clave de "hackeo rápido", que incluyen:

Menos tiempo de producción —Si los láseres de la impresora no necesitan agregar continuamente capas a los soportes a medida que avanza la construcción, se reducirá el tiempo de impresión. Si bien para cada capa individual de la construcción esto tendrá un pequeño impacto de ahorro de tiempo, en el transcurso de una construcción completa, se suma a una reducción significativa en el tiempo que lleva completar la producción de una pieza. Aplicado a la fabricación a gran escala, esto permite a las empresas reducir aún más los tiempos de producción.

Recursos de posprocesamiento —No contar con soportes en primer lugar significaría que su eliminación se eliminaría por completo de la fase de posprocesamiento, lo que afectaría significativamente los plazos de entrega. Gran parte del tiempo dedicado al posprocesamiento se centra en la eliminación del soporte. Debido a que están adheridos al producto final, deben mecanizarse o pulirse y tratarse la superficie hasta que coincida perfectamente con el resto de la superficie de la pieza.

Esto requiere habilidades y herramientas especiales que cuestan tiempo y dinero a las empresas. En casos extremos, un paso de procesamiento de un minuto durante la construcción puede aumentar el tiempo de entrega en un día completo. Una construcción sin soporte eliminaría la necesidad de ajustes de posprocesamiento tan intensivos, lo que haría que completar una pieza fuera mucho más rápido y económico. Sin necesidad de quitar los soportes adjuntos, la pieza impresa también tendrá un acabado superficial mejor y más consistente de inmediato.

Consuma menos material —Teniendo en cuenta la sostenibilidad y la fabricación responsable, está claro que no utilizar soportes (o incluso reducirlos en tamaño y número) supondrá un menor uso de material. Esto da como resultado menos desperdicio de material y menor gasto de energía, reduciendo tanto el costo financiero como el ambiental de la impresión 3D. También reduce el tiempo total tanto del proceso de impresión inicial como del procedimiento posterior al proceso para terminar la pieza, lo que permite una mayor eficiencia y simplicidad.

La realidad es que actualmente la AM 100 % libre de soporte no es posible para todas las aplicaciones o geometrías. Sin embargo, eso no quiere decir que no pueda ser en el futuro. En EOS Additive Minds, recientemente hicimos algunos avances increíbles para acercarnos al objetivo final de la impresión sin soporte.

Probablemente, la limitación más sostenida de la AM de metal es que no se puede imprimir por debajo de un cierto ángulo de voladizo sin soportes. Sin soportes, el voladizo corre el riesgo de deformarse debido a las tensiones residuales causadas por la exposición a la energía enfocada de los láseres durante la impresión. Esto a menudo restringe a los usuarios de sistemas de metal-AM en su elección de aplicaciones.

Gracias al pensamiento innovador de los líderes de la industria, el ángulo crítico de 45° ahora está siendo cuestionado y desafiado. Muchos paquetes de software y parámetros ahora están disponibles que permiten a los usuarios imprimir voladizos y puentes en ángulos mucho más bajos sin comprometer la efectividad del proceso de impresión 3D y la calidad de las piezas de metal producidas.

Considere un caso reciente que involucró impulsores envueltos, donde se logró una construcción sin soporte a pesar de empujar los límites de los ángulos de voladizo a unos impresionantes 10°. Este proyecto también vio la eliminación completa de los soportes internos, lo que hace que el procesamiento posterior sea mucho menos complicado: los soportes mal colocados dentro de una pieza pueden ser algunos de los más difíciles de quitar, incluso si no son los más grandes. A través de estas reducciones en el tamaño y la cantidad de soportes, el costo total de producción de los impulsores se redujo en un 35 %.

El equipo de desarrollo de procesos ha tomado los hallazgos de proyectos especializados a medida como este y los ha aplicado a los procesos estándar que están disponibles para el software de impresión 3D "plug and play". Esto significa que ahora, incluso sin un consultor experto, puede reducir los límites de ángulo a 20° como estándar.

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