El ORNL combina varios extrusores para mejorar el rendimiento de la impresión 3D de gran formato

Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) ha desarrollado un sistema de extrusión que combina múltiples cabezales de impresión 3D en un único flujo de alto rendimiento gracias a unas boquillas especialmente diseñadas para este fin. 

Este sistema, que tiene como objetivo resolver la tradicional disyuntiva entre velocidad y precisión en el ámbito de la fabricación aditiva de gran formato, iguala el rendimiento de los extrusores de mayor tamaño sin renunciar a la flexibilidad y la precisión que caracterizan a los sistemas más pequeños, además de incluir la posibilidad de imprimir múltiples materiales de forma simultánea en un mismo cordón.

Los extrusores de gran formato que se utilizan en la fabricación aditiva pesan mucho y requieren utilizar pórticos o brazos robóticos muy caros y de gran tonelaje. Asimismo, su precisión suele disminuir cuando se trabaja con un volumen de salida bajo, lo que genera un flujo discontinuo que dificulta la impresión tanto de componentes pequeños como de diseños ahusados de gran tamaño; además, a menudo es necesario reducir la velocidad para evitar las deformaciones y los errores que provoca la acumulación de calor.

El sistema del ORNL permite a los operarios activar o desactivar los extrusores de menor tamaño sin perder calidad e imprimir múltiples materiales en una misma pasada sin necesidad de cambiar de equipo.

«Al permitir que los extrusores más pequeños igualen el volumen de salida de los sistemas más grandes sin el inconveniente que supone el peso adicional —y al lograr extruir por primera vez varios materiales en un mismo cordón—, este sistema está llamado a redefinir la fabricación aditiva basada en la extrusión», afirma Halil Tekinalp, investigador principal del proyecto del ORNL.

«Estos avances contribuirán a reforzar la competitividad de la industria estadounidense y facilitarán el acceso a las tecnologías de producción más avanzadas».

Cómo funciona el sistema

El mecanismo consta de varios bloques de boquillas cuya patente se encuentra actualmente en trámite y que han sido fabricados en cuproaluminio, un material que ha sido seleccionado por su elevado grado de resistencia mecánica y de conductividad térmica. En el interior de cada bloque, los flujos de polímero fundido procedentes de dos extrusores paralelos se unen en uno solo, lo que duplica de forma constante el caudal de extrusión en comparación con un único extrusor. Según los investigadores, la adición de flujos suplementarios podría triplicar o cuadruplicar este rendimiento.

Por su parte, una boquilla independiente compuesta por un núcleo y una cubierta produce unos cordones en los que un material recubre a otro. Este sistema permite combinar con precisión materiales con distintas propiedades mecánicas en un solo cordón en lugar de tener que imprimirlos como piezas independientes.

Posibles aplicaciones

Esta precisión a la hora de procesar múltiples materiales permite fabricar piezas que combinan distintas propiedades en un único componente, destacan los investigadores. En el sector aeroespacial, sus aplicaciones podrían incluir desde paneles resistentes a los impactos hasta estructuras capaces de absorber las ondas de radar, mientras que en el ámbito energético abarcarían carcasas ignífugas y estructuras modulares ligeras para bastidores de baterías o sistemas térmicos. 

En el ámbito de la defensa, sus posibles aplicaciones van desde los refugios ligeros hasta los paneles de protección, mientras que en el ámbito civil destaca la fabricación de tableros reforzados para puentes, parachoques para automóviles y cascos para embarcaciones.