El papel fundamental de los calentadores de cartucho en la impresión 3D y la fabricación aditiva
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La fabricación aditiva ha cambiado la forma en que se diseñan y fabrican las piezas, pero la tecnología impone exigencias especiales a los sistemas de calefacción que la hacen factible. Los calentadores de cartucho son muy importantes para muchos procesos de impresión 3D, en particular aquellos que utilizan termoplásticos de alta-temperatura, impresión de metal o resina de curado. Pero los calentadores utilizados en estas situaciones tienen problemas que las unidades industriales normales no están diseñadas para solucionar. Para obtener una calidad de impresión constante y un funcionamiento fiable, es necesario conocer estos problemas.
El extremo caliente de las impresoras de modelado por deposición fundida (FDM) es uno de los lugares más difíciles para emplear la impresión 3D. Para mantener constante el flujo de material, el calentador debe mantener la boquilla a una temperatura muy específica, generalmente dentro de ±1 grado. El calentador es pequeño, normalmente de 6 mm de ancho y de 20 mm a 30 mm de largo, y debe caber dentro de un conjunto pequeño con un termopar y un ventilador de refrigeración. La densidad de vatios es alta porque el área que se calienta es pequeña. Debido a la alta densidad de potencia y al pequeño espacio, el calentador debe fabricarse con óxido de magnesio compactado con precisión y alambre de resistencia de alta-calidad para minimizar los puntos calientes que podrían dañar la calidad de impresión.
Cuando imprime en metal 3D, como la fusión selectiva por láser (SLM) o la fusión por haz de electrones (EBM), necesita calentadores de cartucho para calentar la placa de construcción. Para evitar que la placa de construcción se deforme y asegurarse de que las capas se peguen bien, es necesario mantenerla a una temperatura constante, generalmente entre 200 y 500 grados. Los calentadores suelen ser largos y cubren todo el ancho de la cámara de construcción. Necesitan calentar un área enorme de manera uniforme. Para compensar la pérdida de calor en el perímetro de la placa, la gente suele utilizar calentadores de cartucho multi-zona. El material de la funda debe poder soportar altas temperaturas sin romperse y sin el polvo metálico abrasivo utilizado en el proceso.
Otro uso son las cámaras calentadas que se utilizan para imprimir materiales de alto-rendimiento como PEKK y PEEK. Para evitar que estos materiales se deformen y asegurarse de que las capas se peguen, la cámara debe estar entre 120 grados y 200 grados. El calor proviene de calentadores de cartucho integrados en las paredes de la cámara. Para eliminar las diferencias de temperatura que podrían causar que las piezas se deformen, los calentadores deben estar distribuidos uniformemente. Debe mantener los cables a salvo del calor de la cámara y de cualquier condensación que pueda producirse al abrir la cámara.
La experiencia revela que las aplicaciones de impresión 3D necesitan calentadores que mantengan la temperatura muy uniforme. Incluso un cambio de 2 a 3 grados podría hacer que el artículo terminado se vea mal. Para las impresoras-de gama alta, los fabricantes suelen exigir calentadores con densidad de vatios por zonas o termopares- integrados que permiten gestionar el calor en el punto de aplicación en un circuito cerrado. A medida que más personas quieren impresoras de mayor formato, existe una creciente necesidad de calentadores de cartucho ultra-largos (1000 mm y más) que puedan calentar uniformemente las placas de impresión y las cámaras en todo su ancho.
Al elegir un calentador de cartucho, los fabricantes y usuarios de impresoras deben pensar en las necesidades específicas del proceso de impresión. Un calentador que funciona bien para la impresión PLA a 200 grados puede no funcionar bien para la impresión PEEK a 400 grados. El material de la funda debe poder funcionar a esa temperatura. El disipador de calor debe tener la densidad de vatios adecuada. La zona fría tiene que ser lo suficientemente larga para mantener los cables a salvo de las altas temperaturas dentro de la cámara. Si se ocupa de estos aspectos, los calentadores de cartucho pueden ser una base confiable para una fabricación aditiva consistente y de alta-calidad.
