¿Qué es la fabricación aditiva de metales?
La fabricación aditiva de metales, también conocida como impresión 3D de metales, es un método de fabricación de alta tecnología en el que los objetos se producen añadiendo capas sucesivas de material. El método utiliza una fuente de energía, por ejemplo, un láser o un haz de electrones, para fundir el polvo metálico o la forma de alambre, formando un objeto sólido. Por consiguiente, esta técnica permite desarrollar diseños complejos que no pueden lograrse o resultan difíciles de conseguir con los procesos de fabricación tradicionales.
La fabricación aditiva de metales ofrece varias ventajas, como una libertad de diseño inigualable y el uso de distintos metales. Esto la ha hecho indispensable para el crecimiento de la industria manufacturera, ayudando a mejorar la eficiencia, reducir los residuos, disminuir las emisiones y aumentar los índices de producción de piezas más sustanciales y ligeras. Los sectores aeroespacial, automovilístico, médico y de bienes de consumo son los principales beneficiarios de esta tecnología.
Métodos en la fabricación aditiva de metales
Métodos de cama de polvo
El método de lecho de polvo consiste en extender una fina capa de polvo metálico sobre la superficie de un lecho. A continuación, las capas finas se someten a fusiones y fusiones selectivas a partir de fuentes de alta energía, como láseres o emanaciones de electrones, para formar el elemento deseado. Ofrece una capacidad excepcional para generar geometrías complejas con precisión.
Deposición Directa de Energía (DED)
En la deposición de energía dirigida, el material se funde mediante un calentador mientras se deposita simultáneamente a través de una boquilla. Este proceso forma capas para producir un objeto sólido. La DED es útil en varias industrias porque puede reparar piezas existentes y añadir materiales.
Jetting de ligante metálico
La inyección de aglutinantes metálicos utiliza aglutinantes líquidos dispensados sobre capas sucesivas de metal en polvo, que actúan como pegamento entre estas partículas. El objeto resultante requiere un tratamiento posterior, normalmente procesos de sinterización o infiltración, para hacerlo más robusto/duro que antes, aunque conservando su forma sin deformarse. Este método es útil para muchas aplicaciones, especialmente las de producción en serie, en las que se necesitan piezas complejas sin elevar demasiado las temperaturas.
Comparación de diferentes métodos de fabricación aditiva de metales
Métodos de cama de polvo
Ventajas
Los métodos de lecho de polvo son los mejores para construir formas complejas. Este método es muy preciso y utiliza sólo el polvo necesario, con lo que se ahorra en desperdicio. Puede modificarse para adaptarse a productos individualizados, por lo que es aplicable a diversos metales y aleaciones.
Desventajas
Las caras materias primas utilizadas en los procedimientos hacen que resulte costoso adquirir todas las herramientas esenciales necesarias. Tiene una velocidad limitada, además de posibles restricciones de volumen durante la producción. Los tratamientos superficiales pueden requerir un acabado adicional tras el proceso, y también existen estrictas directrices de seguridad cuando se trabaja con polvos metálicos.
Binder Jetting
Ventajas
Los soportes sólo se necesitan a veces en el chorro de aglomerante, lo que reduce los residuos y los costes de postprocesado. Recicla hasta el 99% del polvo suelto, lo que permite realizar diseños complejos sin aumentar los costes. Se pueden fabricar varias piezas en una sola impresión, lo que ahorra tiempo y reduce costes.
Desventajas
Sin embargo, el binder jetting requiere equipos adicionales para el postprocesado, y la mayoría de los procesos posteriores a la impresión son manuales, aunque la automatización está en marcha. Además, el coste de las máquinas de chorro de ligante es superior al de muchos métodos de fabricación convencionales.
Deposición Directa de Energía (DED)
Ventajas
La DED tiene una velocidad de fabricación superior a la de otras tecnologías de AM metálica y crea piezas densas con menos material de desecho. Puede producir componentes de gran tamaño y trabajar con distintos materiales.
Desventajas
En el lado negativo, el DED tiene una resolución de construcción baja, lo que da lugar a acabados superficiales rugosos. Las máquinas son bastante caras y no se permiten estructuras de soporte en este proceso, lo que significa que no se pueden implementar determinadas características de diseño.
Materiales de fabricación aditiva de metales
Polvos metálicos comunes
La elección del material en la fabricación aditiva de metales afecta significativamente a las propiedades del producto final. Los materiales más comunes son:
- Titanio y aleaciones de titanio
Alta resistencia, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad, ideal para usos aeroespaciales, automovilísticos y médicos.
- Acero inoxidable
Equilibrio entre solidez, resistencia a la corrosión y asequibilidad.
- Aluminio y aleaciones de aluminio
Ligero y con buena conductividad.
- Superaleaciones a base de níquel
Resistencia superior al calor y a la corrosión para aplicaciones de alta temperatura.
- Aleaciones de cobalto-cromo
Alta resistencia y biocompatibilidad, a menudo utilizado en aplicaciones médicas.
- Metales preciosos
Se utilizan en joyería por sus cualidades estéticas y su resistencia a la corrosión.
- Aceros para herramientas
Gran dureza y resistencia al desgaste, ideal para crear moldes y herramientas de corte.
Metales preciosos en la fabricación aditiva
Metales preciosos como el oro, la plata, el platino y el rutenio se utilizan en la fabricación aditiva para diversas aplicaciones:
- Plata
Contactos eléctricos y baterías de gran capacidad gracias a su alta conductividad.
- Oro
Odontología, medicina y electrónica por su maleabilidad y resistencia al deslustre.
- Platino
Joyería, herramientas quirúrgicas y utensilios de laboratorio por su densidad y resistencia al aire y al agua.
- Rutenio
Industrias electrónica y química por su resistencia a los ácidos y al deslustre.
Aplicaciones industriales de la fabricación aditiva de metales
Transforme su producción con la fabricación aditiva de metales. Reduzca costes, innove más rápido y consiga una precisión inigualable.
Industria aeroespacial
La industria aeroespacial fue una de las primeras en adoptar la fabricación aditiva de metales porque necesitaba materiales ligeros y duraderos. Esta tecnología optimiza los componentes de motores, álabes de turbinas y sistemas de combustible. La creación de formas complejas sin defectos internos ha mejorado drásticamente el rendimiento y la funcionalidad de las piezas aeroespaciales, lo que se traduce en aviones más ligeros y un menor consumo de combustible.
Industria del automóvil
La fabricación aditiva de metales se utiliza en el sector de la automoción para prototipos metálicos, piezas personalizadas y utillaje. Los fabricantes de automóviles pueden utilizar esta innovación para desarrollar nuevos diseños que pueden probar inmediatamente, reduciendo sus ciclos de iteración durante el desarrollo. Además, la creación de estructuras sólidas ligeras pero complejas mejora la eficiencia de los vehículos.
Industria médica
La fabricación de implantes médicos e instrumentos quirúrgicos se ve facilitada por la fabricación aditiva de metales en el campo médico. Por ejemplo, esta tecnología crea implantes específicos para cada paciente que se ajustan exactamente a su anatomía, lo que mejora los resultados y acelera el tiempo de curación de los pacientes tras una intervención quirúrgica o una lesión por accidente. También permite fabricar herramientas quirúrgicas delicadas, que aumentan la precisión durante las operaciones.
Industria energética
La fabricación aditiva de metales produce componentes para sistemas energéticos dentro del sector de la energía. Ayuda a fabricar estas piezas, que normalmente necesitan propiedades de alta resistencia y pueden resistir condiciones ambientales duras, lo que convierte a la AM en un método perfecto para sus requisitos de producción. La fabricación aditiva nos permite diseñar geometrías complejas que mejoran la eficiencia y la fiabilidad de estos sistemas.
Joyería y bienes de consumo
La industria de la joyería se ha transformado gracias a la fabricación aditiva de metales, que permite realizar diseños complejos con muy poco desperdicio de material. Esta técnica permite a los joyeros crear piezas complicadas que serían poco prácticas o imposibles con los métodos tradicionales. También los fabricantes de bienes de consumo emplean la AM para personalizar artículos con geometrías únicas.
Investigación y desarrollo
En el campo de la investigación y el desarrollo (I+D), la fabricación aditiva de metales es necesaria para la creación rápida de prototipos durante la experimentación. Por lo tanto, los investigadores pueden utilizar este procedimiento tecnológico para producir y probar nuevos diseños brevemente, lo que les ayudará a innovar y descubrir lo desconocido. La iteración rápida de diseños contribuye al rápido desarrollo de nuevos productos y tecnologías.
Ventajas de la fabricación aditiva de metales
Formas y geometrías complejas
La capacidad de crear formas y geometrías complejas que son difíciles o imposibles de fabricar con métodos tradicionales es una de las ventajas más significativas de la fabricación aditiva (AM) de metales. Esto permite diseñar piezas con huecos internos y detalles intrincados.
Reducción de peso
A diferencia de otros métodos de fabricación, la fabricación aditiva permite crear componentes ligeros sin comprometer su resistencia. Los sectores que han adoptado esta reducción de peso son el automovilístico y el aeroespacial, entre otros, donde incluso una pequeña reducción de peso puede suponer un ahorro considerable en costes de combustible.
Eficiencia en tiempo y costes
En comparación con los procesos tradicionales, la fabricación aditiva de metales requiere menos tiempo, ya que elimina el utillaje y las operaciones secundarias, lo que reduce los costes de producción y los plazos de entrega para que los fabricantes puedan entrar en el mercado más rápidamente. Además, el inventario cero reduce los gastos de almacenamiento.
Beneficios medioambientales
En comparación con las técnicas sustractivas convencionales, la generación de residuos de la impresión 3D se reduce, ya que sólo se añade el material necesario en un área específica. Esto reduce los costes de material y contribuye positivamente a la conservación del medio ambiente. Además, el reciclaje del polvo no utilizado ayuda a promover la sostenibilidad.
Desafíos de la fabricación aditiva de metales
Desafíos técnicos
Las tecnologías de fabricación aditiva de metales se enfrentan a varios retos técnicos, entre ellos lograr el acabado superficial deseado y una precisión lo suficientemente alta para los fines previstos debido a la necesidad de un postprocesado adicional, como el mecanizado o el pulido.
Limitaciones económicas
Las elevadas inversiones iniciales impiden a la mayoría de las empresas instalar máquinas de AM metálica. Al mismo tiempo, estas máquinas son caras, junto con los requisitos de formación, consumibles, mantenimiento, etc. Además, los materiales utilizados en la impresión 3D suelen ser caros, lo que significa que habrá altas tasas de desperdicio de materias primas.
Cuestiones reglamentarias y de normalización
La tecnología de fabricación aditiva de metales necesita métodos de ensayo estandarizados o directrices de control de calidad, lo que convierte la garantía de calidad en una ardua tarea, especialmente en ámbitos como el aeroespacial y el de los dispositivos médicos, con requisitos muy estrictos.
FAQS
Qué es la fusión de lechos de polvo？
Selective Laser Sintering (SLS) (Sinterización selectiva por láser)
El sinterizado selectivo por láser emplea un láser para sinterizar metal en polvo, fusionándolo para conseguir una estructura sólida, siendo la precisión y la eficacia sus características.
Sinterizado directo de metales por láser (DMLS)
Sin embargo, el DMLS es como el SLA, pero se centra en diversos metales y aleaciones para generar prototipos y productos de uso final con gran precisión.
Fusión selectiva por láser (SLM)
Además, la SLM implica la fusión del polvo metálico, lo que da lugar a un producto final más denso y robusto para aplicaciones que requieren gran resistencia y durabilidad.
Fusión por haz de electrones (EBM)
Este proceso difiere de otras tecnologías de fabricación aditiva. Se utiliza un haz de electrones en lugar de un láser en el vacío para evitar la oxidación, lo que facilita la fabricación de piezas complejas con excelentes características del material.
Conclusión
La fabricación aditiva de metales es una tecnología transformadora que ofrece numerosas ventajas, como la libertad de diseño, la mejora de la eficiencia y la reducción del impacto medioambiental. Con varios métodos disponibles, como la fusión de lecho de polvo, la deposición de energía dirigida y el chorro de aglutinante, los fabricantes pueden elegir el mejor enfoque para sus necesidades específicas. La amplia gama de materiales utilizados en la fabricación aditiva de metales permite crear piezas con diversas propiedades y aplicaciones.
La fabricación aditiva de metales sigue evolucionando y está llamada a revolucionar la industria manufacturera. La capacidad de producir piezas complejas, ligeras y de alta calidad de forma rápida y rentable impulsará su adopción en múltiples sectores. Aunque sigue habiendo retos, los avances continuos y la creciente accesibilidad ayudarán a superar estos obstáculos, convirtiendo la fabricación aditiva de metales en una piedra angular de la innovación industrial en los próximos años.
