Desempeño dimensional lineal de impresión 3D por extrusión

Un método común y económico de Manufactura Aditiva (AM) o de impresión 3D es el modelado por extrusión de material (MEX). Los parámetros del proceso que afectan la salida de esta tecnología son muchos, entre estos, características del material, la temperatura del cabezal, la velocidad de extrusión, el desplazamiento del cabezal, la altura de la capa, etc. Entre los defectos a evitar en una pieza impresa se encuentran la subextrusión (gaps entre capas) o sobreextrusión
(exceso de material que afecta la precisión dimensional), problemas de deformación o separación de capas, de la precisión, exceso de acumulación de material, la resolución vertical de la pieza, tensiones residuales y deformaciones en la pieza impresa, resistencia mecánica y acabado superficial, entre muchas otras. Se debe planificar el proceso de manufactura desde el diseño de la pieza hasta la obtención del producto final para alcanzar las características o parámetros del
producto que se desea obtener.
A pesar de que muchos autores y normas ISO/ASTM exponen consideraciones sobre el control de parámetros, el problema de controlar el desempeño del proceso es aún un reto. Principalmente por la gran cantidad de variables a controlar y sus interacciones que obligan una adecuada planificación de la manufactura. Los parámetros del proceso AM se pueden controlar para optimizar un objetivo; este objetivo debe ser seleccionado y entre algunos ejemplos se
encuentran: alcance de tolerancias dimensionales específicas, acabado superficial, los consumos de energía, materiales del proceso, costos, tiempo de elaboración, entre otros. Una configuración incorrecta de los parámetros puede provocar la falta de calidad, de ajuste de tolerancias, de consumo excesivo de energía y material, un aumento del tiempo de producción, un alto coste de producción y residuos de material.
Concentrándose en obtener las dimensiones deseadas en una impresión 3D, debe tratarse con el problema de compensación debido a que la pieza manufacturada sufrirá cambios dimensionales debido a fenómenos como la deformación, el multiplicador de extrusión, la cantidad de perímetros, el relleno, la cantidad de capas superior e inferior, etc., y factores que dependen del tamaño de la pieza a imprimir porque el tamaño magnifica los efectos y la contracción térmica.
Debe entenderse cómo cada tecnología y su resolución crea estos cambios en características obtenidas en la pieza manufacturada, que no necesariamente son las planificadas; estamos ante un problema de calidad de diseño versus calidad de conformidad. Para la impresión de piezas funcionales este problema es limitante, por lo que es necesario entender las acciones técnicas que deben planificarse durante todo el proceso para alcanzar la conformidad de la pieza
elaborada. Este trabajo está limitado a estudiar la compensación por dimensión lineal, es decir, cómo obtener una pieza con la dimensión, ajuste y tolerancia diseñada, el cual es un problema desafiante porque involucra muchas variables e interacciones entre variables.
El desafío además involucra profundizar y dominar cada etapa del proyecto, caracterizarlo, y tomar decisiones para montar una cadena productiva y diseñar y construir elementos necesarios de apoyo a la producción, para la ejecución de experimentos que arrojen resultados válidos y confiables de ser publicados en un documento científico.

Determinar empíricamente una estrategia de planificación para la elaboración de una pieza 3D por medio de la tecnología de extrusión para alcanzar el mejor desempeño dimensional lineal.

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