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La sinterización directa por láser de metales es la tecnología de impresión 3D de metales más utilizada. Muchas importantes empresas de impresión 3D de gran valor, incluidas 3D Systems, SLM Solutions, Concept Laser y EOS, venden impresoras 3D de metal DMLS que pueden crear piezas de metal increíblemente complejas y joyas impresas en 3D a partir de metales preciosos.
Esta guía cubre el proceso de sinterización directa por láser de metal, así como los requisitos posteriores a la impresión, los materiales que pueden usar las impresoras DMLS y las ventajas y desventajas en comparación con otros procesos de impresión 3D de metal como Binder Jetting y Electron Beam Melting .
Si esta guía le resultó útil, asegúrese de consultar nuestras otras guías de tecnologías de impresión 3D .
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Tiempo de lectura aproximado: 4 minutos .
Tabla de contenido
Sinterización directa por láser de metales / Fusión selectiva por láser
Tanto DMLS como EBM caen bajo el paraguas de Metal Powder Bed Fusion, pero tienen una diferencia clave. La sinterización selectiva por láser también se incluye en Powder Bed Fusion, pero solo involucra plásticos, mientras que DMLS y EBM solo imprimen metales en 3D. La fusión selectiva por láser también se explica a continuación.
DMLS frente a SLM
DMLS y SLM (fusión selectiva por láser) a veces también se usan indistintamente, pero también son ligeramente diferentes. En el proceso DMLS, los polvos metálicos se calientan a una temperatura lo suficientemente alta como para fusionarse y crear una parte sólida, pero no se derriten por completo.
Sin embargo, en SLM, el polvo de metal se derrite por completo, creando una pieza homogénea con un punto de fusión universal y las mismas propiedades mecánicas en toda la pieza.
Si bien el proceso es el mismo, DMLS se usa cuando se crean aleaciones para las partes metálicas, mientras que SLM se usa para crear metales de un solo elemento, como con titanio o aluminio.
DMLS frente a EBM
Las tecnologías detrás de DMLS y EBM son las mismas, excepto por cómo se calienta y solidifica el polvo metálico. Mientras que DMLS y SLM usan un láser de protones para calentar el polvo metálico, EBM usa un haz de electrones. Este haz de electrones enfocado escanea a través de la capa de polvo metálico, solidificando el área elegida.
- También puede ver nuestra guía completa de fusión por haz de electrones aquí .
Historia de la sinterización directa por láser de metales
La sinterización directa por láser de metal fue patentada por ERD y EOS en 1994, antes de que EOS fuera pionera en la tecnología en sus impresoras 3D DMLS. Aunque la patente no se produjo hasta 1994, la investigación preliminar realizada sobre lo que eventualmente se convertiría en DMLS se remonta a fines de la década de 1970.
Impresoras 3D DMLS y características de la impresora
La sinterización directa por láser de metales es diferente a tecnologías como el modelado por deposición fundida en que no utiliza filamento. En su lugar, se utiliza un polvo metálico similar al SLS. Este polvo metálico tiene que ser muy fino y tener una geometría específica para asegurar la suavidad de las piezas impresas con DMLS.
El rendimiento de la impresora 3D de metal depende de tres factores principales:
- Tamaño del punto del láser : qué tan grande es el láser y, por lo tanto, qué tan preciso es.
- Geometría del polvo metálico : polvos más finos frente a polvos menos finos.
- Altura de la capa : capas más pequeñas significan tiempos de impresión más largos pero acabados superficiales de mejor calidad y calidad de la pieza.
En general, las impresoras 3D de metal suelen tener una precisión de alrededor de 0,1 mm. Sin embargo, no son como las impresoras 3D FDM de escritorio que a menudo son listas para usar y, a menudo, requieren operadores capacitados para monitorear las máquinas de manera segura y efectiva.
Este video de Stratasys Direct explica con mayor profundidad el proceso de sinterización directa por láser de metales:
Sinterización directa de metales por láser / Proceso de impresión SLM 3D
En primer lugar, el rodillo dentro de la impresora 3D de metal esparce una fina capa de polvo en el tanque vacío de la impresora 3D. Esta capa de polvo se extiende para que tenga la misma altura que una capa (generalmente de 20 a 100 micrones). A continuación, se calienta la cámara de impresión de la impresora 3D.
La cámara de impresión calentada calienta el polvo hasta que no está muy por debajo de su punto de fusión. El láser de la impresora 3D sigue la forma preestablecida del diseño del archivo 3D para rastrear la pieza, sinterizando el metal. Una vez que el láser ha terminado de sinterizar toda la capa, el rodillo vuelve a esparcir una nueva capa de polvo y el proceso se repite. Esto continúa, capa por capa, hasta que se crea la pieza de metal terminada.
Postprocesamiento DMLS / SLM
A diferencia de tecnologías como el modelado por deposición fundida, no puede simplemente quitar la pieza terminada inmediatamente después de imprimir con el sinterizado láser de metal directo. Hay pasos adicionales antes de tener una pieza funcional y una serie de pasos opcionales para una mejor calidad de acabado.
1. Tratamiento térmico
Antes de que pueda retirar el objeto de la plataforma de construcción, se requieren tratamientos térmicos con sinterizado láser de metal directo. Esto implica calentar y enfriar el objeto a temperaturas reguladas para ayudar a que la pieza se solidifique y se vuelva más fuerte. Esto también ayuda a aumentar la porosidad del metal.
2. Eliminación de soporte
Apoya la ayuda con la calidad de las piezas metálicas de diversas formas. En primer lugar, actúan como un disipador de calor, desviando el calor de la pieza y minimizando la distorsión debida al calor y las tensiones de impresión. A diferencia de la estereolitografía o FDM, quitar los soportes con la sinterización láser de metal directo no es tan fácil como romper los soportes de plástico. Con DMLS, los soportes metálicos deben romperse con máquinas, lo que puede provocar problemas con el acabado de la superficie en estas áreas. Estas áreas deben archivarse posteriormente.
3. Eliminación de exceso de polvo
Al igual que con la sinterización selectiva por láser, las piezas se rodean con el material en polvo en la cámara de construcción. Por lo tanto, cualquier exceso de polvo sin sinterizar debe eliminarse de la pieza para reutilizarlo (si es posible) o desecharlo.
4. Extras opcionales
- Mecanizado: para mejorar el acabado superficial.
- Pulido – acabado superficial más brillante.
- Revestimiento de metal.
Materiales de sinterización directa por láser de metales / SLM
Aunque los fabricantes de impresoras 3D están innovando continuamente para crear nuevos polvos metálicos, existen varios polvos metálicos principales que se utilizan en la impresión 3D DMLS. Estos incluyen aluminio y titanio, aunque también se utilizan comúnmente otros como el cobalto-cromo, el acero inoxidable y el Inconel.
La sinterización directa por láser de metales también se puede utilizar con metales preciosos para crear joyas impresas en 3D . Este proceso involucra metales como oro, platino o plata para crear impresionantes piezas de joyería con geometrías complejas que otros procesos de fabricación simplemente no pueden hacer.
Empresas DMLS / SLM
Aunque cada año entran nuevos fabricantes de impresoras 3D en el mercado de DMLS, hay algunas empresas dominantes en el sector. Estos incluyen 3D Systems, EOS con su gama de impresoras EOSINT, SLM Solutions y GE Additive desde la adquisición de Concept Laser.
Sin embargo, las nuevas empresas de impresoras 3D de metal amenazan a estos titulares, como lo ha demostrado Desktop Metal con su extraordinario crecimiento. Otros, como XJet, Markforged, Vader Systems y Renishaw fabrican impresoras 3D industriales que competirán por contratos de alto valor.
- También tenemos una guía completa sobre fabricantes de impresoras 3D de metal .
Aplicaciones DMLS / SLM
Aeroespacial: la sinterización directa por láser de metales se utiliza mucho en industrias como la aeroespacial y la automoción. Esto se debe a que DMLS puede crear piezas optimizadas para que pesen mucho menos y, al mismo tiempo, conserven su resistencia. En industrias como la aeroespacial y también la automotriz, donde ahorrar solo un kilogramo puede ahorrar millones a las empresas, DMLS ofrece una mejora fantástica.
Médico y dental : DMLS también se usa en el sector médico, para piezas en metales estériles que se pueden insertar en pacientes para promover un crecimiento óseo saludable. Las piezas metálicas DMLS también se han adoptado de forma bastante amplia en el sector dental, para coronas y otros implantes.
Ventajas y desventajas de la sinterización directa por láser de metales
Ventajas de DMLS
- Excelente para crear piezas geométricamente complejas donde se requiere mucha personalización. DMLS es una gran alternativa cuando otros métodos de fabricación simplemente no pueden crear piezas con ciertas geometrías.
- Puede crear piezas metálicas resistentes: las piezas tienen buenas propiedades mecánicas, mucho mejores que las del aglutinante.
- Ofrece beneficios significativos a través de la optimización de la topología, reduciendo el peso y aumentando la fuerza de los cohetes, aviones y automóviles. Es por eso que la impresión 3D ha tenido un uso significativo en la Fórmula 1, donde los milisegundos ganados pueden significar la diferencia entre el podio y la gloria.
Desventajas / Limitaciones de DMLS
- DMLS ofrece un tamaño de construcción pequeño en comparación con otras tecnologías. Otras tecnologías como FDM pueden ofrecer tamaños de construcción de más de 100 cm³ con los que DMLS no puede competir.
- DMLS es un proceso muy caro. Todas las impresoras 3D de metal son industriales y pueden costar más de 250.000 euros. Además, los polvos metálicos son extremadamente caros, y los polvos de acero inoxidable 316L cuestan € 350-450 / kg. Binder Jetting varias veces más barato, aunque no es tan preciso.
