La fabricación aditiva ilumina la oscuridad

Patrón retroiluminado – no hay límites para la creatividad. © Fraunhofer IPA/Foto: Christian Bay

Revestimiento de puerta retroiluminado impreso en 3D. © Fraunhofer IPA/Foto: Christian Bay

La producción es laboriosa, el reciclaje difícil: componentes complejos de plástico que deben ser transparentes en ciertos lugares exigen mucho a los fabricantes y a las empresas de gestión de residuos. Con un avanzado proceso de impresión 3D, los expertos del Fraunhofer IPA y de la Universidad de Bayreuth han logrado fabricar estas piezas en un solo paso de producción y completamente hechas del mismo material.

Ya sea tablero de instrumentos, molduras decorativas o los botones y interruptores retroiluminados para el aire acondicionado y la radio, muchas componentes automovilísticas y dispositivos eléctricos contienen elementos de luz o símbolos iluminados de forma selectiva. En la conducción, el contraste entre un fondo oscuro y un símbolo claro ayuda a reconocer rápidamente el botón deseado por la noche y a concentrarse en el tráfico.

Incluso para piezas pequeñas como botones y palancas, la fabricación de símbolos retroiluminados requiere varios materiales con diferentes niveles de transmisión de luz, diversos pasos de proceso o un grosor variable de la pieza. Normalmente, estos materiales se unen de manera inseparable, lo que reduce mucho la capacidad de reciclaje. El grupo de innovación de procesos del Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA y el Impact Hub de la cátedra de Tecnología de Producción Sostenible de la Universidad de Bayreuth utilizan la fabricación aditiva para hacer que la producción de estas piezas plásticas funcionalizadas sea más ecológica y económica.

»La capacidad de reciclaje y los tiempos cortos de proceso juegan un papel cada vez más importante en la fabricación de componentes técnicos, especialmente en la fabricación aditiva«, dice Marco Wimmer del Fraunhofer IPA. »Al aprovechar el potencial de la fabricación aditiva, así como materiales y tecnologías de maquinaria innovadoras, surgen nuevas posibilidades de fabricación para componentes funcionalizados.«

De polvo a componentes translúcidos selectivos

Como material base para la fabricación aditiva de componentes translúcidos selectivos, el equipo de investigación de Wimmer utiliza polvos de plástico termoplástico finamente molidos. Entre ellos, elastómeros termoplásticos suaves, plásticos rígidos como el polibutilentereftalato (PBT) o copolímeros transparentes o translúcidos. Estos y otros polvos plásticos disponibles comercialmente o en desarrollo son parametrizados por los científicos de Bayreuth para el proceso de sinterizado de alta velocidad (HSS) y se prueban en experimentos. Los resultados se presentan en la «Red de Materiales HSS», una red para aumentar la disponibilidad de polvos plásticos para proveedores y usuarios.

El HSS pertenece a los procesos de lecho de polvo del grupo «Fusión de lecho de polvo de polímeros con radiación infrarroja» (PBF-IR/P), un conjunto de procesos de fabricación aditiva en los que se aplica una fina capa de polvo plástico sobre una plataforma de construcción calentada y se humedece con cabezales de inyección de tinta con tinta resistente a la abrasión. Luego, una fuente de radiación infrarroja calienta el lecho de polvo. La tinta absorbe la radiación, se calienta y funde selectivamente el polvo plástico. Al variar la cantidad de tinta aplicada, el equipo de investigación puede influir localmente en las propiedades de la pieza.

La luz y la sombra están muy cerca

Si una zona es translúcida, lo decide la cantidad de residuo de tinta aplicada localmente sobre el polvo plástico. Para fundir el polvo, solo se necesita una pequeña cantidad de residuo. Esto tiñe ligeramente la pieza de gris claro, pero predominan las propiedades translúcidas del polvo plástico. Si se aplica más residuo que la cantidad mínima necesaria para fundir el polvo, la transmisión de luz en esa zona disminuye en consecuencia.

Los científicos de Bayreuth aprovechan esta interacción para fabricar componentes aditivos con patrones, inscripciones y símbolos de alta resolución y hacer que brillen mediante una fuente de luz. Gracias a la alta resolución de los cabezales de inyección de tinta, también se pueden crear transiciones suaves además de contrastes claros y oscuros.

Ecológico y económico en la vía rápida

Los patrones, inscripciones y símbolos personalizados, estructuras tridimensionales complejas con elementos de luz o componentes translúcidos para combinaciones de sensores y iluminación, todo esto puede producirse en un solo paso de fabricación y sin necesidad de ajustar la construcción de las piezas gracias a este avanzado proceso de impresión 3D. Y, dado que las piezas de plástico están hechas completamente del mismo material, pueden reciclarse sin problemas.

»La fabricación aditiva aligera la carga de la naturaleza y la economía: mediante una producción sostenible y cadenas de proceso cortas, las piezas pueden funcionalizarse con estructuras translúcidas selectivas sin restricciones constructivas«, resume Wimmer.