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Electron Beam Melting es una de las principales tecnologías de impresión 3D de metal , y ha sido comercializada por Arcam en los últimos años. Es similar a la sinterización directa por láser de metales , aunque con una diferencia clave que explicaremos a continuación.

EBM cae bajo el paraguas de Powder Bed Fusion junto con DMLS y SLM, al igual que la sinterización selectiva por láser si incluye plásticos. Es una tecnología de impresión puramente metálica; no puede imprimir polímeros plásticos con EBM.

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Tiempo de lectura: aproximadamente 4 minutos

Fusión por haz de electrones: Introducción

Aunque no es tan conocido como la estereolitografía o el modelado de deposición fundida , la EBM se utiliza con bastante regularidad en la impresión 3D de metales industriales. La fusión por haz de electrones es similar a SLS en que ambos imprimen en 3D desde un lecho de polvo a través de la fusión del lecho de polvo. Desde su invención, la técnica hasta ahora solo ha sido utilizada por Arcam en las cuatro impresoras 3D EBM actuales.

Impresión 3D de fusión por haz de electrones

En EBM, los componentes metálicos completamente densos se crean a partir de un lecho de polvo metálico y se funden mediante un potente haz de electrones. Cada capa se funde según el modelo de impresora 3D enviado a la impresora 3D .

La fusión por haz de electrones utiliza un haz de electrones de alta potencia para derretir el polvo metálico. Este haz de electrones se gestiona a través de bobinas electromagnéticas que permiten un control del haz extremadamente rápido y preciso. Además, esto permite que se mantengan simultáneamente varios ‘grupos de fusión’ diferentes (diferentes objetos dentro de la misma construcción al mismo tiempo).

Esta diapositiva a continuación describe los elementos centrales de la fusión por haz de electrones:

El proceso de fusión por haz de electrones se lleva a cabo al vacío y a altas temperaturas. Esto da como resultado piezas de metal producidas con mejores propiedades de material que mediante fundición. Mantener un entorno de construcción limpio y controlado es un factor clave para mantener las especificaciones químicas de la pieza impresa en 3D. Por esta razón, las impresoras EBM generalmente requieren operadores capacitados para monitorear la impresión.

El haz de electrones calienta todo el lecho de polvo a una temperatura de fusión óptima al imprimir cada capa. Esta temperatura depende del polvo metálico utilizado; algunos tienen puntos de fusión mucho más altos. Este calentamiento del lecho de polvo significa que las piezas impresas con Electron Beam Melting están libres de tensiones residuales y tienen mejores propiedades mecánicas.

En EBM, la envolvente de construcción se puede llenar con varios objetos construidos al mismo tiempo, siempre que estén todos adjuntos a la plataforma de construcción.

Postprocesamiento de fusión por haz de electrones

Después de la impresión, cualquier polvo no solidificado se puede recuperar y reutilizar en una impresión futura. Esto ahorra dinero y es mucho más eficiente que otros métodos de impresión 3D en los que tan solo el 20% del polvo total utilizado se sinteriza.

EBM, como FDM y SLA, requiere el uso de soportes cuando se imprime en 3D. Esto es para anclar las piezas a la plataforma de construcción y evitar que las piezas colgantes se vuelvan inestables. Además, estos soportes transfieren el calor lejos de donde se está fundiendo el polvo, reduciendo el estrés térmico en la pieza. Esto ayuda a prevenir el alabeo y la deformación general que puede ocurrir con las altas temperaturas.

Láser frente a haz de electrones: DMLS frente a EBM

La fusión por haz de electrones utiliza, como su nombre indica, un haz de electrones. Esto se diferencia de la sinterización directa por láser de metales en que se utiliza en su lugar un láser (con fotones).

Un filamento de tungsteno se calienta al vacío para producir estos electrones. Se proyectan a altas velocidades hacia el polvo metálico en el lecho de polvo para calentarlo. Se utiliza un vacío porque evita que el polvo metálico se oxide cuando se calienta.

Este video a continuación explica la tecnología de fusión por haz de electrones con más profundidad:

Materiales de fusión por haz de electrones

La fusión por haz de electrones se basa en cargas eléctricas para la impresión en 3D y, por lo tanto, los materiales deben ser conductores para su uso. Esto significa que los polímeros y las cerámicas no se pueden utilizar con fusión por haz de electrones.

Los polvos metálicos comúnmente utilizados incluyen aleaciones de titanio y cromo-cobalto. Sin embargo, estos materiales son caros, con un costo de entre 350 y 450 euros por kg.

Ventajas y desventajas de la fusión por haz de electrones

Ventajas de la fusión por haz de electrones

• Piezas de metal resistentes : las piezas impresas en 3D con EBM tienen una densidad muy alta (más del 99%).
• Escalable : se pueden producir varias piezas simultáneamente, ya que el haz puede separar el polvo en varios lugares a la vez.
• Imprime más rápido y con menos soportes que DMLS : Requiere menos soportes debido a que hay menos estrés térmico en las piezas, y la capacidad del haz de electrones para escanear toda la capa a la vez también la hace más rápida.
• Polvo reutilizable : el polvo no utilizado se puede recuperar y reutilizar, lo que ahorra dinero y protege el medio ambiente.

Desventajas / limitaciones de la fusión del haz de electrones

• No versátil : disponibilidad limitada de materiales para su uso en EBM.
• Caro : Requiere una impresora 3D de nivel industrial y materiales costosos. Las impresoras pueden costar más de € 250,000, y los materiales cuestan más de € 300 por kg.
• Las piezas suelen requerir mucho procesamiento posterior.
• Acabado superficial : las piezas tienen un acabado superficial menos liso que el DMLS.
• Tamaño de construcción limitado : la impresora EBM 3D más grande tiene un volumen de construcción de alrededor de 350 x 350 x 380 mm. Algunas impresoras 3D DMLS, como la X Line 2000R de Concept Laser, tienen un volumen de impresión de 800 x 400 x 500 mm.

Aplicaciones de la fusión por haz de electrones

La fusión por haz de electrones tiene aplicaciones en industrias como la aeronáutica y el automovilismo debido a las piezas resistentes y de alta densidad que puede producir. La fusión por haz de electrones también se utiliza en la industria biomédica para fabricar prótesis. Sin embargo, sobre todo, EBM se utiliza para piezas de pequeñas series y prototipos para comprobar la estructura de las piezas.

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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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.

La tecnología de procesamiento de luz digital es una de las tecnologías de impresión 3D más interesantes que existen. También es el único que logra un uso generalizado en otras industrias: la tecnología se usa en la mayoría de los proyectores de cine digital.

Esta guía explicará cómo funciona la fabricación aditiva de procesamiento de luz digital, las diferencias entre DLP y estereolitografía , y las aplicaciones que tiene la tecnología. Al final de esta guía, sabrá con certeza si esta es la tecnología de impresión 3D que ha estado buscando o si otra, como FDM o SLS , es más adecuada.

• Consulte nuestra clasificación de las 15 mejores impresoras 3D de resina que puede comprar, incluidas las impresoras 3D DLP, SLA y LCD .
• Si compra una impresora DLP, necesitará el software adecuado para preparar las impresiones. Consulte nuestro ranking de las mejores cortadoras 3D de resina aquí .

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Proceso de impresión 3D de procesamiento de luz digital

El procesamiento de luz digital fue desarrollado por primera vez en 1987 por Larry Hornbeck, pero no para la impresión 3D. La tecnología se desarrolló para proyectores y para uso cinematográfico mucho antes de que se descubrieran sus posibles beneficios en la impresión 3D. ¡Ahora, más de 30 años después, se espera que las impresoras 3D DLP crezcan más del 30% al año en ventas según Business Wire entre 2020 y 2024!

El proceso funciona mediante el uso de un proyector. Este proyector cura una resina de fotopolímero, una capa a la vez, curando las áreas seleccionadas para solidificar según el modelo de impresora 3D y dejando las áreas circundantes sin curar. Una vez que se ha completado una capa, la pieza se levanta una altura de capa (por ejemplo, 50 micrones) y el proceso se repite nuevamente.

Diferencia entre procesamiento de luz digital (DLP) y estereolitografía (SLA)

El procesamiento de luz digital es en general muy similar a la estereolitografía. Sin embargo, existen sutiles diferencias.

En primer lugar, la mayor diferencia entre DLP y SLA es que mientras que DLP usa un proyector, SLA usa un láser UV para curar la resina. Al imprimir, la pieza aún se extrae de la resina capa por capa, pero con DLP toda la capa se puede crear en una proyección de imagen digital singular (al igual que las impresoras LCD 3D ), mientras que con SLA el láser UV necesita escanear el seleccionado. área para rastrearlo. Esto significa que el procesamiento de luz digital es más rápido que la estereolitografía en la mayoría de los casos.

Además, las impresoras DLP también suelen tener una tina de resina menos profunda, por lo que se desperdicia menos resina. Esto es crucial si tiene un presupuesto limitado y / o se centra en el medio ambiente para reducir los residuos.

Sin embargo, la mayoría de las cosas son iguales: las mismas resinas funcionan con ambos tipos de impresoras 3D de resina y tienen aplicaciones similares (¡más sobre esto más adelante!).

Una vez finalizada la impresión

Una vez que haya terminado de imprimir su pieza con DLP, el posprocesamiento es bastante simple. Si ha utilizado soportes, estos deberán eliminarse colocando la pieza en un baño de isopropanol o un disolvente similar. Deje la pieza un rato para que se disuelvan los soportes.

Calidad de impresión con procesamiento de luz digital

Las impresiones DLP están por encima y más allá de lo que es posible con casi cualquier impresora 3D FDM . Con esta tecnología se pueden crear geometrías extremadamente complejas y difíciles, razón por la cual tiene tantas aplicaciones en joyería impresa en 3D y prototipos.

Para el mismo grosor de capa, las impresiones DLP son notablemente mejores que cualquier impresión FDM y mejores que la mayoría de las impresiones SLS. Las áreas de la superficie de las piezas impresas con DLP son tan suaves que es casi imposible saber si la pieza se creó en capas.

Empresas e impresoras 3D de procesamiento de luz digital

Hay una serie de empresas de impresoras 3D que compiten por la corona del rey de las impresoras 3D de procesamiento de luz digital. Hemos enumerado algunas de las más grandes, aunque hay muchas compañías fantásticas que no pudimos enumerar por razones de brevedad.

EnvisionTEC

EnvisionTEC fabrica impresoras DLP especializadas en áreas como joyería, odontología y para la fabricación de audífonos. Utilizan otras tecnologías para algunas impresoras, pero una parte fundamental de su gama, como la gama de sobremesa VIDA y MICRO PLUS, utiliza procesamiento de luz digital. EnvisionTEC existe desde 2002, pero no muestra signos de detenerse, y ahora ofrece una gama de máquinas que cuestan desde unos pocos miles de euros hasta cientos de miles de euros por más máquinas industriales.

B9Creaciones

Creado por un ex piloto de la Fuerza Aérea de EE. UU., El impulso innato de B9Creations por la innovación se muestra en sus impresoras. Habiendo comenzado desde raíces humildes, B9creations ahora ofrece una gama de impresoras DLP como su B9Creator v1.2, la B9 Core Series y más. Estas impresoras se centran más en el consumidor que en la industria, por lo que los fabricantes en casa pueden estar interesados en ver lo que tienen para ofrecer.

Aplicaciones de procesamiento de luz digital

Hay tres industrias principales en las que los modelos de resina son de uso particular. El primero es en odontología , que incluye la fabricación de modelos para su uso en ortodoncia, moldes dentales y más.

El segundo es en joyería para hacer moldes que eventualmente se utilizan para crear piezas de joyería de metal sólido. Tenemos una guía que explica cómo funciona la impresión 3D de fundición a la cera perdida que cubre esto. La capacidad de DLP para crear piezas detalladas e intrincadas es invaluable en este proceso.

Por último, DLP se utiliza mucho en la creación de audífonos. Los audífonos son un área donde, a pesar de su infancia, la impresión 3D se ha apoderado por completo. El 98% de los audífonos ahora se fabrican con impresoras 3D SLA o DLP. Esto se debe a que las orejas de las personas varían en forma y tamaño y es necesario fabricar un audífono de tamaño personalizado para cada paciente, lo que hace que la impresión 3D sea el método de producción más efectivo.

Ventajas y desventajas del procesamiento de luz digital

Ventajas de DLP

• Diseños muy intrincados, más precisos que FDM o SLS.
• Rápido: casi siempre más rápido que la impresión SLA.
• Menores costos de funcionamiento que SLA, ya que generalmente usa una tina de resina menos profunda, lo que reduce los desechos.

Desventajas de DLP

• Al igual que con SLA, las piezas no se pueden dejar al sol o se degradarán.
• Las piezas en general tienen peores propiedades mecánicas que las FDM: se rompen o agrietan más fácilmente y corren el riesgo de deteriorarse con el tiempo.
• Más caras de ejecutar que FDM: las resinas son mucho más caras que los filamentos, y los reemplazos regulares de los tanques de resina y, ocasionalmente, las plataformas de impresión también se suman.