¿Cómo funciona la impresión 3D en metal?

junio 28, 2022

Cuando se habla de fabricación aditiva o fabricación por capas en 2022, siempre se piensa en la tecnología 3D y la impresión 3D en metal. Si bien la impresión de metal en 3D todavía estaba en su infancia hace solo unos pocos años, ahora es una de las tecnologías industriales de más rápido crecimiento y con mayor inversión en uso en la actualidad.

En esta publicación, abordaremos algunas de las preguntas más comunes sobre la fabricación de metal en 3D, incluido qué es, las ventajas de usarlo, cómo funciona, las tecnologías detrás de él y más.

Impresión 3D en metal: ¿qué es?

La impresión 3D en metal es un término general que se utiliza para describir varias formas diferentes de estratificación y fabricación aditiva tecnologías En su forma más simple, la impresión 3D de metal implica el uso de cualquier tecnología para crear componentes y objetos metálicos sinterizando, fundiendo y soldando material metálico capa por capa.

Hay varias tecnologías de impresión 3D de metal diferentes disponibles para crear un amplia variedad de componentes y objetos metálicos impresos en 3D. Si bien la impresión en metal se usa principalmente en las industrias aeroespacial y de ingeniería, la tecnología de impresión 3D se está expandiendo rápidamente.

Hoy, gracias a los continuos avances en la tecnología de impresión 3D de metal, ciertos objetos impresos en metal 3D son tan precisos y se ven tan bien como las piezas mecanizadas convencionales.

Ya sea que se implementen como tecnologías únicas en la fabricación de componentes metálicos o se introduzcan junto con otras tecnologías en una cadena de suministro existente, la tecnología 3D de fabricación de metales continúa evolucionando y mejorando.

SPEE3D printed 316 Stainless Steel Wheel Valve
Rueda de acero inoxidable 316 de metal impresa en 3D en una impresora SPEE3D (tratada térmicamente y mecanizada). Tiempo de impresión: 1 hora

¿Por qué utilizar la impresión 3D en metal?

Durante mucho tiempo, el mecanizado fue uno de los únicos métodos disponibles para la fabricación de metales. Tiempo CNC Las máquinas son capaces de fabricar una variedad casi infinita de componentes y piezas de metal, la impresión 3D se puede utilizar para crear una variedad aún más amplia de componentes con mayores detalles y formas complejas.

Esta es la principal ventaja de la impresión 3D de metal: es casi ilimitada en las formas complejas y los elementos que se pueden usar para crear. Sin embargo, estos no son los únicos beneficios de pasar a 3D. Algunas ventajas adicionales de la impresión de metal en 3D incluyen:

  • Fabricación más rápida de formas y detalles complejos
  • Ahorre tiempo y dinero con la impresión 3D en línea de montaje
  • Capaz de crear productos más ligeros sin sacrificar la fuerza
  • Más rentable que los métodos de fabricación convencionales
  • Desperdicio de material casi nulo según el proceso que utilice

En otras palabras, la impresión en 3D funciona de maravilla y es muy recomendable para fabricar componentes y piezas metálicas complejas y muy detalladas. Sin embargo, sus usos se están expandiendo día a día junto con los avances en la tecnología de impresión 3D de metal.

A continuación, echemos un vistazo más de cerca a cómo funciona exactamente la impresión de componentes metálicos en 3D.

¿Cómo funciona la fabricación de metal en 3D?

Hay muchos métodos diferentes de fabricación de metal en 3D. Si bien cada método y tecnología tiene mucho en común con el siguiente, existen ciertas diferencias que dictan con qué materiales pueden y no pueden trabajar. Aquí hay una descripción general rápida de los diferentes tipos de impresión 3D de metal que se utilizan hoy en día:

Sinterización directa de metal por láser (DMLS)

DMLS es el método más común de fabricación de metal en 3D. Con este método, se utiliza un láser para sinterizar el polvo de aleación capa por capa para formar un objeto. Las capas individuales se crean cuando el láser apunta a un lecho de polvo y es guiado por un archivo CAD (diseño asistido por computadora). Una vez que se completa la creación de una capa, la impresora extiende más polvo y se repite el proceso. A través de este proceso de estratificación y repetición, se crea el componente de metal. El proceso digital elimina la necesidad de moldes físicos y es ejemplar en la producción de componentes metálicos complejos de alta calidad. DMLS se utiliza en la fabricación de piezas mecánicas acabadas, instrumentos y dispositivos médicos, herramientas y más.

Fusión selectiva por láser (SLM)

Fiel a su nombre, SLM funde el material y la impresión se lleva a cabo en una cámara de gas inerte. Durante el proceso, un láser funde y combina los polvos metálicos. Una vez que se completa una capa, se agrega 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 vacío en su estructura. Esto le da a los productos impresos SLM en 3D casi exactamente los mismos parámetros que fundido en metal productos y se utilizan comúnmente en la construcción de estructuras complejas.

Fusión por haz de electrones (EBM)

EBM es similar a SLM, sin embargo, 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 del metal en polvo se funde para crear un objeto con las especificaciones establecidas por el software CAD. El proceso tiene lugar en una cámara de vacío para proteger contra la oxidación que puede antagonizar materiales altamente reactivos. EBM es más rápido e incluso más preciso que los métodos de impresión láser y se utiliza en sectores como el aeroespacial, la defensa y la medicina.

El futuro de la fabricación 3D y por capas

Si bien las tecnologías anteriores siguen prevaleciendo en la fabricación 3D, existen tecnologías adicionales como sinterización por láser selectiva (SLS), chorro de aglomerante, y deposición láser. Al igual que las formas de impresión anteriores, estas tecnologías adicionales utilizan diversos materiales y tienen sus propios procesos únicos. El mercado de la impresión 3D está en constante crecimiento y las nuevas tecnologías permiten una impresión en metal más rápida. Deposición de partículas supersónicas (SPD) o aerosol frío (CS) es un ejemplo clave de esto. A través de este proceso, las partículas del tamaño de una micra de un metal o una aleación se aceleran a través de una pistola rociadora utilizando un gas calentado a alta presión, como helio o nitrógeno. Las partículas salen a velocidades supersónicas y se unen a los materiales subyacentes. 

Sin embargo, a diferencia de otros procesos de pulverización en frío, en lugar de usar calor para fundir polvos metálicos, SPEE3D desarrolló 'Deposición 3D supersónica' (SP3D). Este es el nombre que recibe el proceso patentado en el que la tobera de un cohete acelera el aire hasta tres veces la velocidad del sonido, en el que polvo metalico se inyecta y luego se deposita sobre un sustrato manipulado por un brazo robótico de seis ejes. En este proceso, la pura energía cinética de las partículas que chocan 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 la impresión de metal más rápido que nunca, hasta 1000 veces más rápido que los métodos de fabricación aditiva de metal más tradicionales.

Soporte de cobre impreso en LightSPEE3D a 100 gramos por minuto

Resumir

Como se explicó anteriormente, la impresión 3D de metal es un término utilizado para describir diversas formas de capas y tecnologías de fabricación aditiva. En su forma más simple, la impresión de metal en 3D implica la creación de componentes y objetos metálicos sinterizando, fundiendo y soldando material metálico capa por capa. Ciertas diferencias entre cada método y tecnología dictan con qué materiales pueden y no pueden trabajar. Sinterizado directo de metal 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. Fusión por haz de electrones (EBM) es similar a SLM pero se utiliza un haz de electrones, en lugar de un láser. Mirando hacia el futuro de la impresión 3D en metal, tecnologías como la de SPEE3D aerosol frío Las tecnologías SP3D están innovando la fabricación aditiva para que las piezas de metal se puedan producir más rápido que nunca.

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