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Las mejores formas de imprimir metal en 3D


Todo eso ha cambiado ahora que la impresión 3D en metal está disponible en impresoras FDM de escritorio y en una gama más amplia de máquinas profesionales que producen piezas de mejor calidad y a un precio más accesible.

Hay alrededor de 10 formas de imprimir piezas de metal en 3D. Estos se clasifican en categorías tecnológicas basadas libremente en si está imprimiendo con filamento metálico, polvo metálico o alambre metálico. Incluso hay resinas con infusión de metal, varillas de metal y gránulos de metal como opciones de material, todas las cuales producen piezas con diferentes atributos. Seleccionar qué tecnología de metal usar es un equilibrio de necesidades. Considere la importancia de los detalles y la forma, el tamaño, la resistencia, el tipo de metal, el costo, la velocidad de impresión y el volumen.

En la impresión 3D es necesario elegir tus prioridades ya que todas las tecnologías actuales tienen pros y contras cuando se trata de estas consideraciones y, desafortunadamente, ningún método 3D imprime piezas súper resistentes, de forma rápida, económica y perfecta.





Las piezas como esta boquilla que se imprimen en 3D con filamento de metal requieren un procesamiento posterior generalmente en un proveedor externo (Fuente: BCN3D)


Esta pequeña boquilla de acero de arriba es un ejemplo de una pieza de repuesto impresa con filamento de metal.Una pieza como esta es perfectamente adecuada para filamentos metálicos porque podría imprimirse en 3D de forma rápida e in situ (en un taller o en la oficina) utilizando una impresora FDM asequible y luego enviarse a un tercero para su posprocesamiento. En total, el proceso podría tomar sólo unos días. Otros métodos de fabricación para una sola pieza de repuesto habrían sido demasiado costosos y lentos.




Muestra de implantes ortopédicos impresos en 3D en titanio por Zenith Tecnica utilizando la tecnología de fusión por haz de electrones de GE (Fuente: Zenith Tecnica)



Estos implantes de cadera y rodilla de muestra (arriba) se imprimieron mediante fusión por haz de electrones (EBM). Las piezas, como estas, tienen detalles intrincados, están hechas de titanio costoso y están construidas con una calidad y tolerancia de materiales extremadamente altas para cumplir con los estándares gubernamentales para implantes médicos. El entorno de vacío de las impresoras 3D de EBM garantiza condiciones de construcción limpias y controladas, y el haz de electrones de alta potencia permite que la impresora produzca varias piezas por construcción para una alta productividad.



Ganchos de grúa impresos en 3D utilizando la impresión 3D de WAAM (Fuente: Huisman)


Este enorme gancho de grúa anterior se imprimió con fabricación aditiva de arco de alambre (WAAM) y luego se mecanizó. Una pieza extremadamente grande y pesada como esta es ideal para WAAM porque la tecnología es más rápida que cualquier método tradicional de fabricación de metal, como la forja o la fundición, y es igual de resistente. Además, esta pieza se puede producir en una instalación más cercana al punto de necesidad o incluso en el sitio, por ejemplo, en una plataforma petrolera.



Cobra Golf presentó el putter King Supersport-35 impreso en 3D en 2020. Está impreso en 3D con chorro de aglutinante metálico HP Multi Jet (Fuente: Cobra Golf)



Estos palos de golf de Cobra Golf se imprimieron en 3D con un chorro de aglutinante de metal de HP. La forma única no se pudo hacer con ninguna otra tecnología de fabricación. Debido a que se requerían miles de piezas idénticas, el fabricante eligió la inyección de aglomerante por su velocidad y rendimiento. La tecnología también produce un excelente acabado superficial. Cobra Golf también pudo reorientar la fabricación de palos a un fabricante de aditivos con sede en EE. UU., lo que ahorró los costos ambientales y reales de envío desde su centro de fabricación en Asia.


FDM y extrusión



Piezas metálicas impresas en 3D con filamento de acero inoxidable de Forward AM en una impresora FDM (Fuente: Ultimaker, IGo3D)



Hay algunas tecnologías para la impresión 3D que se incluyen en la extrusión. Uno, es el modelo familiar de deposición fundida (FDM) que utiliza un filamento hecho de una base de plástico con partículas de metal infundidas uniformemente en su interior. Los filamentos metálicos para piezas metálicas deben contener un alto porcentaje de polvo metálico (alrededor del 80 %) y pasar por las etapas de postprocesado para eliminar el componente plástico y condensar la pieza metálica. Varias impresoras FDM de escritorio en el mercado pueden imprimir con los filamentos metálicos actuales disponibles en acero inoxidable (316L, 17-4 PH), cobre y titanio.

Otra tecnología utiliza lo que es esencialmente un filamento con una concentración mucho más alta de energía metálica. Tanto es así que es prácticamente una barra sólida de metal, pero aún se puede calentar y extruir. Estos materiales suelen ser exclusivos de una impresora 3D en particular, como Markforged o Desktop Metal, y son más costosos que el FDM normal pero menos que otros métodos de impresión 3D de metal.

El tercer método de extrusión de metales a mencionar (aunque existen más en el sector industrial) es la extrusión mediante granza metálica, que puede ser del mismo material que se utiliza en el moldeo por inyección y por tanto de menor coste, o granza fabricada especialmente.


Fusión de lecho de polvo metálico con láser: fusión selectiva por láser (SLM)


Las máquinas de fusión de lecho de polvo como estas del fabricante de impresoras SLM usan láseres para fusionar polvo metálico y vienen en una variedad de tamaños (Fuente: SLM)

Las impresoras 3D que utilizan láseres de alta potencia para derretir selectivamente un polvo de metal constituyen la mayoría de las impresoras 3D de metal. La tecnología a menudo se denomina fusión selectiva por láser o fusión de lecho de polvo junto con términos específicos de la impresora. Las partes fundidas se fusionan capa por capa sobre una base molecular hasta que se completa el modelo homogéneo. Los operadores de impresoras pueden usar materiales metálicos "puros", aunque las aleaciones también tienen un uso regular.

Una impresora 3D LPBF alberga polvo de materia prima metálica. La impresora empuja el polvo hacia la cámara donde una hoja de recubrimiento (como un limpiaparabrisas) o un rodillo lo esparce en una capa delgada sobre el sustrato o la placa de construcción. A continuación, un láser de alta potencia fusiona un corte bidimensional de la pieza derritiendo selectivamente el material en polvo. Luego, la placa de construcción baja a la altura de una pequeña capa, y el recubridor extiende otra capa de polvo fresco sobre la superficie. La impresora repite estos pasos hasta tener la pieza terminada.

SLM puede tener un mejor acabado superficial inicial y mayor precisión que EBM.


Chorro de aglomerante de metal

Piezas metálicas hechas con chorro de aglomerante metálico del fabricante de impresoras 3D ExOne, ahora parte de Desktop Metal (Fuente: ExOne)


La inyección de aglutinante de metal puede imprimir piezas con rellenos de patrones complejos en lugar de ser sólidas, las piezas resultantes son dramáticamente más livianas y al mismo tiempo fuertes. La función de porosidad del chorro de aglomerante también se puede utilizar para lograr piezas finales más ligeras para aplicaciones médicas, como implantes. Al igual que con otros procesos de fabricación aditiva, la inyección de aglomerante puede producir componentes complejos con estructuras y canales internos, lo que elimina la necesidad de soldar y reduce la cantidad de piezas y el peso de los componentes. El rediseño de sus piezas metálicas para la inyección de aglomerante puede conducir a una reducción drástica del material usado y desperdiciado.

En general, las propiedades del material de las piezas de chorro de aglomerante de metal son equivalentes a las piezas de metal producidas con moldeo por inyección de metal, que es uno de los métodos de fabricación más utilizados para la producción en masa de piezas de metal. Además, las partes del chorro de aglutinante exhiben una superficie más lisa, especialmente en los canales internos.



Fabricación aditiva de arco de alambre (WAAM)

Piezas de acero WAAM de MX3D (Fuente: MX3D) La fabricación aditiva de arco de alambre utiliza alambre de metal como material y un arco eléctrico como fuente de energía, muy similar a la soldadura. El arco derrite el alambre a medida que un brazo robótico lo deposita capa sobre capa sobre una superficie, como una plataforma giratoria multieje. Al igual que con la soldadura, se utiliza un gas inerte para evitar la oxidación y mejorar o controlar las propiedades del metal.

El proceso construye material gradualmente en un objeto 3D completo o una reparación de un objeto existente. No hay estructuras de soporte que quitar, y las piezas acabadas se pueden mecanizar con CNC con tolerancias estrechas si es necesario o pulir la superficie. Por lo general, las piezas impresas reciben un tratamiento térmico para aliviar las tensiones residuales.


Deposición de energía dirigida con láser (DED)


Piezas metálicas impresas en 3D utilizando tecnología de deposición de energía dirigida que involucra láseres y polvo metálico en máquinas de DMG Mori (Fuente: DMG Mori)

La deposición de energía dirigida con láser utiliza un láser para fundir un material metálico que se deposita simultáneamente mediante una boquilla. El material metálico puede estar en forma de polvo o alambre. A pesar de su capacidad para construir piezas completas con técnicas DED, esta tecnología generalmente se usa para reparar o agregar material a objetos existentes. Cuando se combina con el mecanizado CNC, puede producir una pieza acabada precisa.

Los sistemas DED pueden diferir de los sistemas PBF ya que los polvos utilizados suelen ser de mayor tamaño y requieren una mayor densidad de energía. Esto da como resultado tasas de construcción más rápidas en comparación con el sistema PBF. Sin embargo, esto conduce a una peor calidad de la superficie que puede requerir un mecanizado adicional. Las estructuras de soporte que se usan comúnmente en los sistemas PBF rara vez o nunca se usan en DED, que a menudo usa plataformas giratorias de múltiples ejes para rotar la plataforma de construcción para lograr las diferentes características. Sin la necesidad de una cama de polvo, los sistemas DED pueden reparar o imprimir piezas existentes.



Las impresiones de metal hechas con un material de resina con infusión de metal se encuentran típicamente en microimpresión 3D (Fuente: Incus)

La litografía de metales, también denominada fabricación de metales basada en litografía (LMM), utiliza una mezcla de resinas fotosensibles y energía metálica, denominada suspensión, como materia prima. Esta suspensión sensible a la luz se polimeriza selectivamente capa por capa con luz. La litografía en metal cuenta con una excelente calidad de superficie y se utiliza principalmente, pero no exclusivamente, en microimpresión 3D, por lo que tiene un nivel de detalle extremadamente alto.


Aerosol frío


El rociado en frío es una tecnología de fabricación que rocía polvos metálicos a velocidades supersónicas para unirlos sin derretirlos, lo que casi no produce tensión térmica. Desde principios de la década de 2000 se ha utilizado como un proceso de recubrimiento, pero más recientemente, varias empresas han adaptado el rociado en frío para la fabricación aditiva porque puede aplicar capas de metal en geometrías exactas de hasta varios centímetros a una velocidad entre 50 y 100 veces mayor que las típicas impresoras 3D de metal. .

Para la fabricación aditiva, el rociado en frío se utiliza para fabricar rápidamente piezas de repuesto de metal y para reparaciones y restauraciones en el lugar de componentes metálicos, como equipos militares y maquinaria en la industria del petróleo y el gas, lo que permite a las empresas ahorrar potencialmente millones en remanufactura e interrupciones en los flujos de trabajo. . Las piezas reparadas, en algunos casos, pueden ser mejores que las nuevas.


Fusión de lecho de polvo metálico con haz de electrones - Fusión por haz de electrones (EBM)



La fusión por haz de electrones es una tecnología de impresión 3D que utiliza un haz de electrones como fuente de energía y se utiliza principalmente con metales conductores. Todas las impresoras 3D de EBM constan de una fuente de energía capaz de emitir el haz de electrones, un contenedor de polvo, un alimentador de polvo, una recubridora de polvo y una plataforma de construcción calentada. Es importante tener en cuenta que el proceso de impresión debe tener lugar en el vacío. Eso es porque los electrones del haz de electrones colisionarían con las moléculas de gas, lo que “mataría” al haz de electrones.

EBM puede ser más rápido que SLM debido a la mayor potencia de la energía del haz de electrones y las piezas del producto con menor tensión residual que SLM.




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