La impresión 3D a gran escala involucra una variedad de tecnologías y materiales, y se ha aplicado en muchos campos. De hecho, la definición de "grande" es relativa y no hay un estándar fijo. En términos generales, las casas, los barcos y los muebles grandes son artículos grandes. La impresión 3D a gran escala se ha generalizado gradualmente en el mercado a medida que los fabricantes, artistas y empresas eligen la impresión 3D para satisfacer sus necesidades de productos a gran escala. Los desarrolladores superan el tamaño de las impresoras 3D paso a paso, superan los límites técnicos e imprimen más productos y de mayor tamaño. Entonces, ¿cuáles son las áreas de aplicación de la impresión 3D a gran escala? ¿Qué pasa con las grandes impresoras 3D?
El tamaño del producto a menudo depende de la tecnología y los materiales, y es necesario encontrar un equilibrio entre precisión y tamaño, lo que hace que elegir la impresora 3D adecuada sea un factor clave para el éxito. El software también juega un papel importante en la creación de productos de gran tamaño, ya que la mejor manera de imprimir objetos de gran tamaño suele ser imprimirlos en piezas y montarlos. Los productos impresos en 3D a gran escala incluyen, entre otros, los siguientes elementos:
●Pantallas, accesorios y señalización
● Casas y elementos arquitectónicos
●Piezas industriales y metálicas
●Mobiliario y vehículos
△El Centro de Biodiversidad Naturalis en los Países Bajos tiene su propio laboratorio de impresión 3D y usó dos impresoras 3D Builder Extreme 1500 Pro para hacer una réplica del Tyrannosaurus rex
●¡Un museo de dinosaurios sin un Tyrannosaurus rex ciertamente no es un museo real! Basado en un escaneo 3D de un fósil de T. rex real, el Museo de Dinosaurios de Japón imprimió en 3D la réplica de 12-metros de largo, 5-metros de alto como una gran parte impresa utilizando dos generadores de gran escala Builder Extreme. Impresoras 3D con filamento de plástico PLA.
●Los conservadores de museos, los diseñadores de escenarios y utilería de películas, los parques de atracciones, los fabricantes de pantallas de conferencias y exposiciones mundiales, etc. también eligen impresoras 3D de gran formato para acelerar la producción. Además de las ventajas de velocidad y costo, el software de diseño asistido por computadora (CAD) también juega un papel. Gran efecto, ya no necesita ninguna escultura artificial o creación secundaria. Además, hay disponible una gran variedad de materiales, desde espuma ultraligera hasta nailon relleno de fibra de carbono extremadamente duradero.
△El artista cubre con yeso una réplica impresa en 3D de 17-pie de altura del David de Miguel Ángel recreada para la Expo 2020 de Dubái
●Este David de Miguel Ángel impreso en 3D de 17-pie de altura se exhibió en la Expo 2020 de Dubái para promover el turismo en Florencia. Es imposible que una impresora 3D de polímero lo suficientemente grande produzca una sola réplica con detalles ultrafinos, por lo que se dividió en 14 partes imprimibles y luego se ensambló a mano, con el exterior de mármol pintado a mano. Dentro del David impreso en 3D hay una estructura de malla de celosía que ayuda a mantener su peso en solo 550 kg, pero tiene la fuerza para empacar y enviar correctamente.
△Styles Werbetechnik de Alemania utiliza impresoras FDM a gran escala Tractus3D para producir letras luminosas para letreros más rápido que los métodos tradicionales
●Styles Werbetechnik, una empresa alemana de producción de carteles, eligió la tecnología de impresión 3D a gran escala para fabricar carteles para exteriores. La empresa no solo quería acelerar la producción, sino que también quería hacer las letras internamente, en lugar de depender de diseños de letras estándar de productores extranjeros. La compañía dice que el uso de la impresión FDM de polímeros ofrece posibilidades ilimitadas de diseño para la fabricación de letras contorneadas. Por ejemplo, la profundidad de la letra para la señalización luminosa se limita a un mínimo de 60 mm en los métodos tradicionales, pero se puede reducir a 30 mm en la impresión 3D. También pueden funcionar por la noche y los fines de semana, lo que acelera los tiempos de producción ya que las impresoras 3D no necesitan atención durante el proceso.
△El Museo Smithsonian imprimió en 3D 120 estatuas de tamaño real de mujeres líderes en el campo STEM
En 2022, la Institución Smithsonian en Washington, DC abrió una exhibición en honor a las mujeres científicas, que incluye 120 estatuas impresas en 3D de tamaño real. Llamada "IfThenSheCan - The Exhibit", es la colección más grande de estatuas femeninas, cada una de las cuales ha sido impresa con tecnología FDM.
casas y elementos arquitectonicos
Cuando se trata de proyectos de impresión 3D a gran escala, por supuesto, los proyectos de vivienda son indispensables. Si bien pocos edificios se imprimen exclusivamente en 3D (a menudo requieren o incorporan soportes estructurales como refuerzo de acero o estructuras de madera tradicionales), la impresión en 3D puede servir debido a su velocidad, ahorro de mano de obra y durabilidad estructural. Para hogar y hotel. Se espera que el mercado global de impresión 3D para la construcción crezca casi un 20 por ciento en los próximos cinco años.
●El edificio de dos pisos que se muestra en la siguiente imagen fue completado conjuntamente por las empresas de ingeniería y diseño arquitectónico Hannah and Cive y Peri 3D Construction, que proporcionaron impresoras 3D. La casa de 4000-pies cuadrados se vendió a un postor anónimo y tardará un total de dos años en completarse. La impresora de pórtico Cobod Bod2 de Peri, la impresora líder en arquitectura de impresión 3D, se utiliza para extruir mezclas de concreto especializadas para crear escaleras y otras estructuras funcionales, y se imprimieron un total de 330 horas en este proyecto.
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△La primera casa de dos pisos totalmente impresa en 3D en los Estados Unidos se encuentra en Houston
●Además de construir edificios, las impresoras 3D se usan ampliamente para elementos arquitectónicos, incluidas fachadas y elementos históricos para la restauración, y para el diseño de interiores, incluidas paredes, pantallas y separadores de ambientes. Incluso hay pisos impresos en 3D, puentes impresos en 3D y arrecifes de coral artificiales impresos en 3D. Los materiales similares al hormigón no son la única opción en la construcción, los polímeros también juegan un papel. Branch Technology se especializa en la impresión 3D a gran escala utilizando extrusoras robóticas de polímeros, creando de todo, desde esculturas hasta hábitats espaciales. Su innovador sistema de paneles de construcción llamado BranchClad abre nuevas oportunidades para la construcción de fachadas. Solo mire la superficie lunar instalada en el lado operativo del nuevo Space Camp del US Space and Rocket Center (abajo). Creadas con escaneos digitales de la luna, las fachadas exhiben una asombrosa fidelidad a la superficie lunar. El molde positivo del patrón lunar se imprimió en 3D y luego se pintó con un material de estuco.
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El nuevo muro lunar impreso en 3D de △Branch Technology está instalado en el costado de la nueva operación de campamento espacial del US Space and Rocket Center
Piezas Industriales y Metálicas
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△Impresora 3D de metal Stargate de Relativity Space
●El fabricante de cohetes Relativity Space afirma que su cohete impreso en 3D Terran 1 es la estructura impresa en 3D individual más grande jamás vista, tiene 35,2 metros de altura y 2,3 metros de diámetro. El cohete de próxima generación de la compañía, el Terran R, es igual de grande. Ambos están impresos en 3D en metal patentado utilizando la impresora 3D Stargate de la compañía, utilizando tecnología de deposición de energía dirigida por robot. Relativity Space dijo que la capacidad del cohete para resistir el estrés del lanzamiento fue una gran victoria, lo que demuestra la integridad estructural de su método de impresión 3D de metal.
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△La reina Máxima de los Países Bajos inauguró oficialmente el puente de impresión 3D de metal MX3D.
●MX3D imprimió el puente de metal sobre el canal de Ámsterdam diseñado por el laboratorio de Joris Laarman utilizando la tecnología de fabricación aditiva de arco robótico. El "puente inteligente" de acero inoxidable de 12-metros de largo incluye una red de sensores integrados para ayudar a los investigadores de Ámsterdam a estudiar el papel de los sistemas IoT en el entorno construido. Desarrollada utilizando técnicas de diseño generativo y optimización topológica, la estructura es extremadamente ligera. El puente MX3D también muestra la aplicación de la impresión 3D de metal en el arte y la escultura.
●A continuación se muestra otra obra de impresión MX3D instalada por los artistas Mariagrazia Abbaldo y Paolo Albertelli en Turín, el Jardín Real de Italia. Apodada "El paso de las ballenas", la escultura de 880 kg muestra las aletas de una ballena que pasa desde el suelo. Todos los modelos realizados durante este proyecto fueron impresos en 3D.
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△"Whale Pass" fue diseñado por Mariagrazia Abbaldo y Paolo Albertelli, e impreso en 3D por MX3D
●La impresión 3D de metal grande se puede utilizar en muchas industrias, con empresas en las industrias marina, de petróleo y gas y de equipos de construcción pesada capaces de producir piezas grandes más rápidamente, a menudo en el sitio. Por ejemplo, la hélice marina que se muestra a continuación se imprimió en 3D con tecnología WAAM para producir una forma casi neta, que luego se mecanizó con tolerancias más estrictas. En este caso, WAAM reemplaza la forja y se puede hacer más cerca de donde se necesita, utilizando menos materia prima.
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△Esta hélice marina es uno de los primeros ejemplos de aplicación industrial de la tecnología WAAM
●La impresión de metal en 3D también puede reducir el peso de las piezas, ya que la impresión en 3D puede producir formas que no se pueden lograr forjando o fundiendo. La parte del tren de aterrizaje del avión (abajo), que mide 455 x 295 x 805 mm, es la primera pieza impresa en 3D de fusión de lecho de polvo láser del mundo, según el fabricante de impresoras SLM Solutions. La pieza no solo es un 15 por ciento más liviana que las piezas forjadas tradicionales, sino que la tecnología también reduce el tiempo de respuesta. Dado que el componente es parte de un sistema que transfiere cargas de las ruedas a la estructura de la aeronave, está hecho de titanio para mayor resistencia. La elección de los materiales le da a la pieza fuertes propiedades mecánicas al tiempo que es resistente a la corrosión sin necesidad de un recubrimiento, impreso con una impresora SLM 800 3D de cuatro láseres. "La fabricación aditiva ayuda a ahorrar tiempo en la fase de calificación y certificación al entregar rápidamente las piezas para las pruebas. Podemos producir componentes principales en unos pocos días. El proceso de forjado lleva varios meses".
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△Piezas del tren de aterrizaje delantero impresas en 3D para jets privados
La impresión en 3D de moldes grandes para la fundición de piezas de metal es una aplicación importante de la impresión en 3D a gran escala. Para las piezas industriales de metal que deben fundirse, el paso de fabricación del molde es laborioso y requiere mucho tiempo. Con las impresoras 3D de arena, los fabricantes pueden imprimir moldes y fundiciones de arena en 3D directamente sin necesidad de modelos a gran escala. La VX4000 de Voxlejet es la impresora 3D de fundición en arena más grande del mundo y utiliza tecnología de inyección de aglomerante para producir no solo moldes enormes, sino miles de ellos en un solo proceso de impresión.
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△Impresora VX4000 de Voxlejet (Fuente: Voxeljet)
muebles y vehiculos
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△Una silla fabricada en una sola pieza mediante una impresora 3D WASP.
●Los diseñadores de interiores también están eligiendo gradualmente la impresión 3D de gran formato para realizar diseños complejos y el uso de materiales únicos. Los polímeros, especialmente los plásticos reciclados, son los materiales más utilizados para los muebles impresos en 3D, pero también se puede utilizar hormigón y metal. Este pupitre escolar del tamaño de un niño en Gambia (abajo) es un ejemplo de impresión 3D que aborda una necesidad práctica. Ligero y duradero, este diseño se puede producir a partir de plástico reciclado, lo que también resuelve el problema de los desechos plásticos. El modelo se imprimió en una impresora 3D Magnum en The Industry Suecia en plástico PETG, comúnmente utilizado en botellas de bebidas.
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△ Prototipos de pupitres para probar el concepto de mobiliario escolar impreso en 3D en Gambia, posiblemente utilizando plástico reciclado
● Hay innumerables ejemplos de hermosas sillas y mesas impresas en 3D, incluida la hermosa colección de mesas de café de NYXO Visionary Design (abajo) hechas de PLA espumado liviano impreso en una impresora 3D Colossus XS.
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△La serie de mesas escultóricas Primavera fue diseñada por la firma de diseño de productos y arquitectura con sede en Dubái NYXO Visionary Design e impresa con ColorFabb PLA en una impresora Colossus XS (Fuente: Colossus)
El bote impreso en 3D que se muestra a continuación, que tiene 7,72 metros de largo, ingresa al Libro Guinness de los récords mundiales como el bote impreso en 3D más grande y el objeto impreso en 3D físicamente más grande hasta la fecha. El barco fue impreso en 2019 por el Centro de Estructuras y Compuestos Avanzados de la Universidad de Maine. Está fabricado en plástico y celulosa de madera. La impresión 3D tardó solo 72 horas y pesa 2,2 toneladas.
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△Un barco de tamaño natural totalmente impreso en 3D producido por la Universidad de Maine
●Los fabricantes de bicicletas también han optado por la tecnología de impresión 3D para solucionar problemas de soldadura en su cadena de fabricación. Un marco impreso en 3D de una sola pieza no solo ahorra tiempo, sino que permite nuevos grados de libertad de diseño que no están limitados por las juntas estructurales. El fabricante de bicicletas ha producido modelos en compuestos de titanio, acero y fibra de carbono. La bicicleta eléctrica con marco de acero de Urwahn que se muestra a continuación se fabricó en masa utilizando impresión 3D de metal para lograr un equilibrio entre forma, función, construcción liviana y materiales. Los elásticos traseros especiales suspenden las ruedas traseras y generan un nuevo tipo de comodidad de conducción, mientras que el marco de acero integra el motor y la batería, dice la compañía.
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△Bicicleta eléctrica con marco de acero impreso en 3D de Urwahn
Consejos de diseño y software para impresiones grandes
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△La estatua impresa en 3D de 30-pie de altura se ensambla a partir de 365 piezas individuales impresas en 3D, y cada pieza tarda 28 horas en imprimirse en impresoras 55 3D
La impresión 3D de una sola pieza suele ser ideal porque elimina el trabajo de ensamblaje, acelera la producción y mejora la integridad estructural porque no hay costuras ni superficies. Sin embargo, si el objeto impreso es tan grande que necesita dividirlo en varias partes, ¿cómo divide el modelo en impresiones 3D?
●Para completar una impresión 3D de gran tamaño, puede dividir el modelo directamente en el software CAD (como Fusion360 o Solid Works), que tiene la ventaja de permitirle diseñar algunas ayudas para el montaje y la alineación, como clavos, protuberancias y ranuras, labios, o agujeros y ranuras;
●Si solo va a unir objetos grandes con pegamento o usar tornillos (solo para materiales más fuertes como el nailon relleno de fibra de carbono), puede dejar la operación de división a una herramienta de corte como Cura. La segmentación es rápida y automatizada utilizando las herramientas de malla de Cura;
● Al segmentar manualmente el modelo digital, evite pasar directamente por las áreas de detalle o las áreas de soporte. evitar la división en el punto más débil del diseño,
Es decir, aquellas áreas que son mucho más delgadas que el resto del modelo.
Impresora 3D de gran tamaño superior
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△Impresora GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D (Fuente: Gefertec)
Si desea utilizar una impresora 3D para crear piezas como grandes piezas de plástico, accesorios y letreros, puede utilizar impresoras 3D de filamento de gran formato, que son esencialmente las mismas que las impresoras de filamento de escritorio. Algunas impresoras pueden imprimir con materiales duraderos de ingeniería.
Si desea ir más grande que las impresoras FDM más grandes (más 1600 x 1200 x 1300), necesitará una impresora 3D de brazo robótico, un brazo robótico con un cabezal extrusor conectado al extremo. Se pueden colocar sobre raíles o pórticos elevados, por lo que, en teoría, es posible imprimir al tamaño de los raíles disponibles. El récord mundial Guinness para la impresora 3D más grande es un ensamblaje de cabezal de extrusión de pórtico en la Universidad de Maine, que puede alcanzar los 30,000 x 6,700 x 3,000 mm. Sin embargo, esta impresora no está a la venta. Otra ventaja de las impresoras de brazo robótico es que a menudo imprimen utilizando polímeros en forma de gránulos más económicos.
Las impresiones 3D de resina generalmente no pueden ser más grandes que 1,000mm, con algunas excepciones como Kings 1700 Pro y 3D Systems ProX 950 debido a los tiempos de impresión extremadamente largos. La resina suele tardar más que la FDM.
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△Impresora 3D de hormigón de tamaño mediano sobresale en aplicaciones de arte de gran formato
Las impresoras 3D de hormigón son un mercado en auge, no solo para la construcción de viviendas, sino también para cualquier tipo de encofrado de hormigón, muebles, construcción e incluso macetas y esculturas. La impresión 3D de piezas metálicas muy grandes a menudo se logra con una técnica de impresión 3D de deposición de energía dirigida, como la fabricación aditiva por arco eléctrico (WAAM). Estos métodos utilizan un cabezal de impresión 3D montado en un brazo robótico, que tiene un amplio alcance y está limitado únicamente por el tamaño del brazo.
