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¿Cómo funciona la impresión 3D en metal?
Cuando se habla de fabricación aditiva o fabricación por capas en 2022, siempre viene a la mente la tecnología 3D y la impresión metálica en 3D. Aunque la impresión metálica en 3D aún estaba en pañales hace tan solo unos años, ahora es una de las tecnologías industriales de más rápido crecimiento y mayor inversión que se utilizan en la actualidad.
En este artículo, responderemos a algunas de las preguntas más frecuentes sobre la fabricación 3D en metal: qué es, ventajas de su uso, cómo funciona, tecnologías que la sustentan, etc.
¿Qué es la impresión 3D sobre metal?
La impresión metálica en 3D es un término general utilizado para describir varias formas diferentes de estratificación y fabricación aditiva tecnologías. En su forma más simple, la impresión 3D sobre metal implica el uso de cualquier tecnología para crear componentes y objetos metálicos mediante la sinterización, fusión y soldadura de material metálico capa a capa.
Hoy en día, gracias a los continuos avances en la tecnología de impresión 3D sobre metal, algunos objetos impresos en 3D sobre metal son tan precisos y tienen tan buen aspecto como las piezas mecanizadas convencionales.
Existen varias tecnologías de impresión 3D de metales para crear un gran variedad de componentes y objetos metálicos impresos en 3D. Aunque la impresión sobre metal se utiliza principalmente en las industrias aeroespacial y de ingeniería, la tecnología de impresión 3D se está ramificando rápidamente.
Tanto si se implantan como tecnologías únicas en la fabricación de componentes metálicos como si se introducen junto a otras tecnologías en una cadena de suministro ya existente, la tecnología 3D de fabricación de metales sigue evolucionando y mejorando.
¿Por qué utilizar la impresión 3D sobre metal?
Durante mucho tiempo, el mecanizado fue uno de los únicos métodos disponibles para la fabricación de metales. Aunque CNC son capaces de fabricar una variedad casi infinita de componentes y piezas metálicas, la impresión 3D puede utilizarse para crear una variedad aún mayor de componentes con más detalles y formas complejas.
Esta es la principal ventaja de la impresión 3D sobre metal: las formas complejas y los objetos que se pueden crear con ella son prácticamente ilimitados. Sin embargo, estas no son las únicas ventajas de la impresión en 3D. Algunas ventajas adicionales de la impresión metálica en 3D incluyen:
- Fabricación más rápida de formas y detalles complejos
- Ahorre tiempo y dinero imprimiendo en 3D en cadena de montaje
- Permite crear productos más ligeros sin sacrificar la resistencia
- Más rentable que los métodos de fabricación convencionales
- Residuos de material casi nulos en función del proceso que utilice
En otras palabras, la impresión en 3D funciona estupendamente y es muy recomendable para fabricar componentes y piezas metálicas intrincadas y muy detalladas. Sin embargo, sus usos se amplían día a día junto con los avances en la tecnología de impresión 3D sobre metal.
A continuación, veamos más de cerca cómo funciona exactamente la impresión de componentes metálicos en 3D.
¿Cómo funciona la fabricación 3D de metales?
Existen muchos métodos diferentes de fabricación de metales en 3D. Aunque cada método y tecnología tiene mucho en común con el siguiente, existen ciertas diferencias que dictan con qué materiales pueden trabajar y con cuáles no. He aquí una rápida descripción de los distintos tipos de impresión 3D en metal que se utilizan hoy en día:
Sinterización directa de metales por láser (DMLS)
El DMLS es el método más común de fabricación de metales en 3D. Con este método, se utiliza un láser para sinterizar polvo de aleación capa a capa para formar un objeto. Las capas individuales se crean cuando el láser apunta a un lecho de polvo y se guía por un archivo CAD (diseño asistido por ordenador). Una vez terminada la creación de una capa, la impresora esparce más polvo y se repite el proceso. Mediante este proceso de superposición y repetición, se crea el componente metálico. El proceso digital elimina la necesidad de moldes físicos y es ejemplar en la producción de componentes metálicos complejos de alta calidad. El DMLS se utiliza en la fabricación de piezas mecánicas acabadas, instrumentos y dispositivos médicos, herramientas, etc.
Fusión selectiva por láser (SLM)
Haciendo honor a su nombre, la SLM funde el material, y la impresión tiene lugar en una cámara de gas inerte. Durante el proceso, un láser funde y combina los polvos metálicos. Una vez completada una capa, se añade una nueva capa de polvo metálico y comienza el siguiente ciclo de impresión. En general, los productos impresos con SLM suelen ofrecer mayores propiedades de resistencia, ya que tienen pocos o ningún hueco en su estructura. Esto hace que los productos impresos por SLM en 3D tengan casi exactamente los mismos parámetros que fundición de metal y se utilizan habitualmente en la construcción de estructuras complejas.
Fusión por haz de electrones (EBM)
La EBM es similar a la SLM, pero se utiliza un haz de electrones en lugar de un láser. En este proceso, un haz de electrones de alta energía funde el metal en polvo. El haz produce un chorro de electrones guiado por un campo magnético. Capa tras capa de metal en polvo se funden para crear un objeto con las especificaciones establecidas por el software CAD. El proceso se lleva a cabo en una cámara de vacío para protegerlo de la oxidación que puede antagonizar los materiales altamente reactivos. La EBM es más rápida e incluso más precisa que los métodos de impresión láser y se utiliza en sectores como el aeroespacial, la defensa y la medicina.
El futuro de la fabricación en 3D y por capas
Aunque las tecnologías anteriores siguen siendo predominantes en la fabricación 3D, existen otras tecnologías adicionales como sinterizado selectivo por láser (SLS), inyección de ligantey deposición láser. Al igual que las anteriores formas de impresión, estas otras tecnologías utilizan distintos materiales y tienen sus propios procesos exclusivos. El mercado de la impresión 3D está en constante crecimiento y las nuevas tecnologías permiten imprimir metales con mayor rapidez. Deposición supersónica de partículas (DOCUP) o spray frío (CS) es un ejemplo clave de ello. Mediante este proceso, partículas de tamaño micrométrico de un metal o aleación se aceleran a través de una pistola de pulverización utilizando un gas calentado a alta presión, como helio o nitrógeno. Las partículas salen a velocidades supersónicas y se adhieren a los materiales subyacentes.
Sin embargo, a diferencia de otros procesos de pulverización en frío, en lugar de utilizar calor para fundir los polvos metálicos, SPEE3D ha desarrollado la "deposición supersónica 3D" (SP3D). Este es el nombre que recibe el proceso patentado en el que una tobera de cohete acelera el aire hasta tres veces la velocidad del sonido, en el que polvo metálico se inyecta y luego se deposita sobre un sustrato maniobrado por un brazo robótico de seis ejes. En este proceso, la energía cinética de las partículas al chocar entre sí hace que los polvos se unan para formar una pieza de alta densidad con propiedades metalúrgicas superiores a las de la fundición. Esto significa que la tecnología SP3D es lo que permite imprimir metal más rápido que nuncahasta 1.000 veces más rápido que los métodos más tradicionales de fabricación aditiva de metales.
En resumen
Como ya se ha explicado, la impresión metálica en 3D es un término utilizado para describir diversas formas de tecnologías de fabricación por capas y aditiva. En su forma más simple, la impresión metálica en 3D implica la creación de componentes y objetos metálicos mediante la sinterización, fusión y soldadura de material metálico capa a capa. Ciertas diferencias entre cada método y tecnología dictan con qué materiales pueden y no pueden trabajar. Sinterización directa de metales por láser (DMLS) utiliza un láser para sinterizar polvo de aleación capa por capa para formar un objeto, mientras que fusión selectiva por láser (SLM) funde y suelda partículas de polvo entre sí. Fusión por haz de electrones (EBM) es similar a la SLM, pero se utiliza un haz de electrones en lugar de un láser. De cara al futuro de la impresión 3D de metales, tecnologías como la de SPEE3D spray frío Las tecnologías SP3D están innovando la fabricación aditiva para que las piezas metálicas puedan producirse más rápido que nunca.
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