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Descripción general de la impresión 3D en metal: tecnologías e impresoras 3D
La impresión 3D de metal va en aumento. En esta descripción general, cubriremos todo lo relacionado con la impresión 3D de metal: desde las tecnologías e impresoras 3D más comunes hasta las características y formas de aplicación.
«Una impresora 3D que imprime con metal»: incluso hace veinte años, esa frase se habría considerado ciencia ficción. Hoy, Audi y Porsche, SpaceX y NASA están implementando la fabricación aditiva de productos en polvo metálico en su producción.
SLM vs DMLS
La fusión selectiva por láser (SLM) y la sinterización directa por láser de metales (DMLS) son los dos procesos de fabricación aditiva más comunes que utilizan polvos metálicos para la impresión.
Las tecnologías menos comunes para la impresión 3D con metales incluyen la fabricación aditiva con láser o haz de electrones de alta potencia, así como la inyección de aglutinante, donde el proceso de impresión 3D se implementa mediante la aplicación y unión del polvo metálico capa por capa.
Las diferencias entre SLM y DMLS ascienden al método de unión de las partículas: en SLM, el polvo metálico se funde con un rayo láser, mientras que en DMLS, las partículas de polvo se calientan en menor grado, lo que permite sinterizarlas juntas evitando transición sólido-líquido.
Las impresoras DMLS permiten crear objetos sin tensiones internas residuales, que pueden comprometer significativamente la calidad de los componentes metálicos fabricados mediante métodos más tradicionales, como la fundición y el moldeado. Esto es crucial para las piezas fabricadas para las industrias automotriz y aeroespacial, ya que puede aumentar la resistencia y durabilidad de las piezas.
Por otro lado, las impresoras SLM derriten el polvo metálico capa tras capa. El rápido cambio de temperatura puede provocar tensiones internas en la pieza, que potencialmente pueden afectar a su calidad, aunque en menor medida que en la fundición, por ejemplo.
Otro punto que vale la pena mencionar es que las piezas fabricadas con tecnología DMLS son inferiores en solidez y margen de seguridad a las piezas impresas con el método SLM.
Procesos de manufactura
Los procesos de fabricación de piezas implementados por las tecnologías SLM y DMLS son muy similares. La cámara de construcción se llena primero con un gas inerte y luego se calienta.
Se distribuye una fina capa de polvo metálico por la plataforma de construcción. Luego, un láser de alta potencia dibuja una sección transversal 2D del componente, fundiendo o sinterizando las partículas de metal juntas.
Una vez que se completa la capa, la plataforma de construcción se baja lo suficiente para dejar espacio para la siguiente capa. Luego, se aplica la siguiente capa de polvo.
El proceso se repite hasta completar toda la parte. Durante el proceso de impresión, las piezas se unen a la plataforma de construcción con la ayuda de estructuras de soporte, que se crean a partir del mismo material que la pieza en sí. Estas estructuras deben agregarse para evitar deformaciones y distorsiones que pueden ocurrir debido a las altas temperaturas.
Al final del proceso de impresión, la cámara de construcción se enfría a temperatura ambiente. El polvo metálico suelto circundante se retira de la impresora. Las estructuras de soporte, que ya no son útiles, también se eliminan. El último paso es separar la pieza de la plataforma, que ahora está lista para su posterior procesamiento.
Postprocesamiento
Se pueden utilizar varios métodos para mejorar las propiedades mecánicas, la precisión y la apariencia de las piezas terminadas. Los pasos de procesamiento obligatorios incluyen la eliminación del polvo metálico residual y las estructuras de soporte. El tratamiento térmico suele ayudar a eliminar las tensiones residuales y mejorar las propiedades mecánicas de la pieza.
Se pueden implementar otros métodos de posprocesamiento, como el tratamiento a presión, la metalización, el mecanizado, así como el pulido manual o CNC, según el propósito de una pieza en particular.
Materiales utilizados en SLM y DMLS
Las impresoras SLM y DMLS funcionan con una gran variedad de metales y aleaciones de metales, que incluyen aluminio, acero inoxidable, titanio, cobalto-cromo y níquel-cromo. Estos materiales se pueden utilizar para cubrir las necesidades de la gran mayoría de las industrias, incluidos los sectores médico, dental y aeroespacial.
Los metales preciosos, como el oro, el platino, el paladio y la plata, también se pueden utilizar para la impresión 3D, pero se utilizan principalmente en la fabricación de joyas.
Impresoras 3D
Soluciones SLM
Soluciones SLM SLM 500
Características principales
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Volumen de construcción: 500x280x365 mm
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Altura mínima de capa: 20 micrones
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Tecnología de impresión: SLM
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Materiales: acero, titanio, aluminio, cobalto-cromo, níquel
SLM 500 de SLM Solutions es una planta a escala industrial, utilizada para la fabricación aditiva de productos metálicos. La tecnología de impresión utilizada en SLM 500 es fusión láser selectiva, de ahí el nombre de la impresora. Las generosas dimensiones de la cámara permiten crear modelos de gran tamaño.
El proceso de fusión se implementa mediante cuatro láseres con una potencia de 400 o 700 vatios cada uno. El espesor mínimo de la capa aplicada es de 20 micrones. Esta impresora utiliza una amplia gama de materiales, incluidos titanio, aluminio, polvos de acero, así como polvos de otros metales y aleaciones.
Markforged
Metal forjado con marcas X
Características principales
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Volumen de construcción: 250x220x200 mm
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Altura mínima de capa: 50 micrones
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Tecnología de impresión: Fabricación aditiva por difusión atómica (ADAM)
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Materiales: acero, aluminio, titanio
Markforged Metal X es una impresora 3D para impresión en metal que ofrece una decisión de producción a toda velocidad. La compañía afirma que su impresora 3D es diez veces más barata que los productos con cualidades similares de sus competidores.
La construcción de las piezas se completa capa por capa, a partir de polvo metálico contenido dentro de un aglutinante de plástico.
Después de la impresión, la pieza se calienta en una cámara especial para eliminar el aglutinante y las partículas de polvo se fusionan. De esta forma se puede restaurar la integridad de la celosía cristalina, lo que asegura la solidez de la pieza.
Metal X tiene un volumen de construcción de 250x220x200 mm y una altura de capa de 50 micrones.
HP
HP Metal Jet
Características principales
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Volumen de construcción: 430x320x200 mm
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Altura mínima de capa: 50 micrones
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Tecnología de impresión: Multi Jet Fusion (MJF)
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Materiales: acero inoxidable
En el International Manufacturing Technology Show (IMTS) de 2020, HP lanzó HP Metal Jet, una impresora 3D que utiliza una tecnología similar a Binder Jetting.
HP Metal Jet utiliza la impresión capa por capa con la aplicación de un aglutinante a una capa base en polvo; el proceso es similar a cómo una impresora de inyección de tinta convencional aplica tinta a una hoja de papel. Luego, después de lo cual el producto se expone al tratamiento térmico.
Las piezas se pueden colocar libremente en la capa de polvo en varios niveles, para optimizar el uso del volumen de construcción, aumentar la productividad y reducir los costos de producción.
Video de implementación:
Laboratorios Aurora
Aurora Labs S-Titanium Pro
Características principales
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Volumen de construcción: 200x200x500 mm
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Altura mínima de capa: 30 micrones
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Tecnología de impresión: tecnología de gran formato (LFT)
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Materiales: acero inoxidable, níquel-cromo, aluminio, titanio, hierro, bronce
Aurora Labs, un fabricante con sede en Australia, es un recién llegado en el campo de las tecnologías aditivas. En septiembre de 2020, la compañía anunció que había logrado un gran progreso en el desarrollo de tecnologías de impresión en metal.
Aurora Labs ha lanzado S-Titanium Pro, una impresora 3D de código abierto. Los usuarios podrán crear su propio software y polvos metálicos.
La velocidad de impresión de la S-Titanium Pro es de 662 gramos por hora, que es ocho veces más rápida que la velocidad de modelos similares en el mercado.
Aurora Labs RMP-1 Beta
En Formtext 2020, la compañía presentó su MP-1 Beta, una impresora 3D que utiliza la tecnología de impresión simultánea multicapa (MCP) de Aurora Labs. El fabricante logró superar todas las velocidades de impresión disponibles en el mercado. Según las últimas pruebas, la impresora es capaz de trabajar a una velocidad de 350 kilogramos de material por día.
Este resultado se puede lograr gracias a la tecnología de vertido simultáneo de polvo. Varios láseres hornean simultáneamente una sección de la pieza metálica en sus cámaras individuales.
Metal digital
DM digital de metal P2500
Características principales
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Volumen de construcción: 170x150x57 mm
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Altura mínima de capa: 35 micrones
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Tecnología de impresión: Digital Metal, tecnología Binder Jetting de alta calidad
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Materiales: acero inoxidable, titanio
Digital Metal, una subsidiaria del fabricante sueco de polvo metálico Höganäs, ha presentado recientemente un nuevo método de alta precisión para la unión capa por capa de partículas metálicas.
La impresora de metal 3D, llamada DMX 2500, produce piezas metálicas pequeñas y excepcionalmente complejas. La tecnología propia de la empresa permite fabricar piezas sin estructuras de soporte.
Digital Metal tiene un volumen de impresión de 2500 centímetros cúbicos y una velocidad de impresión de 100 centímetros cúbicos por hora.
3D brillante
Brillante 3D EP-M250
Características principales
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Volumen de construcción: 250x250x300 mm
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Altura mínima de capa: 20 micrones
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Tecnología de impresión: SLM
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Materiales: acero inoxidable, níquel, titanio, aluminio, cobalto-cromo
Shining 3D EP-M250 es la última versión de una impresora 3D, que utiliza material en polvo metálico para imprimir. Esta impresora es capaz de crear objetos con estructuras libres de cualquier complejidad y puede proporcionar una densidad prácticamente total de la pieza.
La tasa de utilización del material para la impresión supera el 90%, lo que hace posible utilizar de manera eficiente materiales tan costosos, como polvos de titanio o níquel, lo que ayuda a reducir los gastos de material.
El EP-M250 se usa ampliamente en las industrias aeroespacial, médica, automotriz y de electrodomésticos.
Stratasys
En la exposición Formtext 2020, Stratasys anunció una tecnología de aditivos completamente nueva, Layered Powder Metallurgy. Según los representantes de Stratasys, esta tecnología revolucionará la impresión 3D con metales.
LPM fue diseñado para convertirse en la dirección más rápida y rentable en la fabricación aditiva: la compañía afirma que el sistema podrá imprimir nueve veces más rápido de lo que es posible con otras tecnologías de impresión de metales en 3D.
Fabrisonic
Fabrisonic SonicLayer 7200
Características principales
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Volumen de construcción: 2x2x1,5 m
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Altura mínima de capa: 150 micrones
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Tecnología de impresión: Fabricación aditiva por ultrasonido (UAM)
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Materiales: acero, aluminio, titanio
Fabrisonic ofrece un método alternativo para la impresión 3D de piezas metálicas grandes: la tecnología de fabricación aditiva ultrasónica. Las máquinas de Fabrisnic están equipadas con un dispositivo para la entrega y corte de cinta de metal, una fresadora y un sonotrodo, una herramienta para la soldadura ultrasónica de metal.
En esta impresora, las capas están formadas por una lámina de metal: el dispositivo la corta de un carrete de cinta. El metal añadido se presiona contra la capa anterior y se expone a ultrasonidos, lo que permite fusionar las capas con la ayuda de la difusión acelerada.
Después de la fusión, el cortador elimina el exceso de material, formando otra capa. Este método de impresión en metal ofrece menos oportunidades para la formación de formas complejas y estructuras internas, pero es más adecuado para la impresión por lotes de productos grandes.
Concepto láser
Concepto Laser X Line 2000R
Características principales
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Volumen de construcción: 800x400x500 mm
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Altura mínima de capa: 20 micrones
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Tecnología de impresión: LaserCUSING (SLM)
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Materiales: aceros y aleaciones, titanio, metales preciosos
Concept Laser X Line 2000R es una de las impresoras 3D más grandes del mercado que imprime con polvos metálicos. El fabricante es un proveedor de impresoras 3D para gigantes corporativos aeroespaciales, como Airbus.
El X Line 2000R está equipado con dos láseres y tiene un volumen de construcción. La impresora utiliza un tipo de fusión láser selectiva para fabricar piezas: la tecnología patentada LaserCUSING.
Es posible fabricar objetos de acero, aleaciones de aluminio, níquel, titanio y metales preciosos.
Ejemplo de aplicación:
Sciaky
Sciaky EBAM 300
Características principales
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Volumen de construcción: 5,8х1,2×1,2 m
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Altura de la capa: 3 mm
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Tecnología de impresión: EBAM (fabricación aditiva por haz de electrones)
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Materiales: metales y aleaciones metálicas, titanio, aluminio, níquel-cromo, niobio, etc.
Es seguro decir que la mejor opción para la impresión de estructuras metálicas realmente grandes es EBAM de Sciaky. Las impresoras de esta empresa se utilizan principalmente en las industrias aeroespacial y de defensa de los Estados Unidos.
Los elementos estructurales de las aeronaves, cuya producción podría tardar hasta seis meses con tecnologías tradicionales, ahora se pueden imprimir en 48 horas.
La tecnología única de Sciaky utiliza un proyector de haz de electrones de alta potencia para fundir un filamento de titanio de 3 mm de espesor, con una tasa de deposición estándar de 3 a 9 kilogramos por hora.
Ejemplo de aplicación de la compañía de aviones Lockheed Martin:
Sistemas 3D
3D Systems ProX DMP 320
Fuente: youtube.com
Características principales
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Volumen de construcción: 275x275x420 mm
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Altura mínima de capa: 30 micrones
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Tecnología de impresión: DMLS
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Materiales: TiGr 1, TiGr 5, TiGr 23, Ni7 18, Acero 316L
3D systems Proxy DMP 320 es una impresora de nueva generación que utiliza tecnología DMLS en el proceso de impresión. Esta impresora puede funcionar ininterrumpidamente las 24 horas del día, los 7 días de la semana, y es capaz de proporcionar las tasas más altas de velocidad de construcción de modelos y capacidad productiva. Otra característica bastante notable de la impresora es su impresionante volumen de construcción, que asciende a 275x275x420 mm.
Fuente: youtube.com
El proceso de producción está completamente automatizado, desde el establecimiento de parámetros para la construcción hasta la eliminación y eliminación de desechos y exceso de material. Con esta impresora, es posible imprimir utilizando varias aleaciones de titanio, níquel y acero. Los productos fabricados con ProX DMP 320 se caracterizan por su alta resistencia, durabilidad y peso ligero, gracias a la presencia reducida de oxígeno en la cámara de construcción.
Fuente: youtube.com
3D Systems ProX DMP 300
Características principales
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Volumen de construcción: 250х250х300 mm
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Altura mínima de capa: 10 micrones
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Tecnología de impresión: DMLS
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Materiales: aceros y aleaciones
ProX DMP 300 de 3D Systems es otro equipo popular para la impresión de metales en 3D. Esta impresora se distingue de sus competidores por su comodidad: está equipada con un sistema automatizado para la carga y el reciclaje de material.
Fuente: youtube.com
Gracias al sistema de fusión patentado, la ProX DMP 300 puede imprimir en un ángulo de hasta 20 ° sin la ayuda de estructuras de soporte. Como resultado, la calidad mejorada de la superficie impresa y la eliminación de las estructuras de soporte conducen a menos procedimientos de posprocesamiento y reducen significativamente el uso de material, lo que ahorra tiempo y dinero.
Fuente: youtube.com
Ejemplo de aplicación en el automovilismo:
EOS
EOS M 100
Características principales
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Volumen de construcción: 100x100x95 mm
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Altura mínima de capa: 10 micrones
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Tecnología de impresión: DMLS
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Materiales: acero inoxidable, cobalto-cromo, titanio
EOS M 100 es un sistema de impresión de metal 3D de un fabricante alemán. Esta impresora implementa la tecnología de sinterización láser directa de metales – DMLS. La impresora está equipada con un láser de fibra de 200 vatios. Este equipo permite producir piezas con geometrías complejas.
El M 100 está optimizado para reducir el tiempo de posprocesamiento y limpieza. Otra gran característica de esta impresora es su estructura interna modular, que permite iniciar y detener el proceso de impresión prácticamente en poco tiempo.
Conclusión
La impresión 3D con metales permite crear prototipos de forma eficaz en el desarrollo de productos. Además de eso, permite fabricar piezas listas para ensamblar en producción de baja circulación y de una sola tirada. A menudo, las piezas de metal impresas en 3D pueden incluso superar a las fabricadas con métodos tradicionales. Esta ventaja se expresa no solo en el tiempo y los costos de producción reducidos, sino también en la precisión y funcionalidad mejoradas. Incluso hoy en día, ya es posible crear objetos metálicos impresos en 3D de una complejidad mucho mayor que los fabricados por fundición y moldeo.
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