Impresión 3D con polvos metálicos

Fabricación aditiva de metales (AM) está ganando impulso de manera constante en la industria manufacturera. Actualmente, hay un gran enfoque en productos aeroespaciales, médicos y militares avanzados. Hay un movimiento para reducir el costo de los polvos metálicos y abrir esta tecnología a una gran parte de la industria manufacturera. Hay muchas tecnologías de impresión de metales disponibles, la mayoría de las cuales utilizan polvos metálicos. Algunas de las máquinas de impresión 3D más comunes se enumeran en las siguientes secciones.

Tipos de impresoras 3D de metal

• SLS y SLM – Sinterización selectiva por láser (SLS) es una de las impresoras 3D de metal más comunes, que funciona depositando una capa de polvo metálico y trazando la forma de la sección transversal de la pieza con un láser. Esta acción sinteriza el polvo en la capa anterior. Este proceso se repite en la siguiente capa. Fusión selectiva por láser (SLMEs un proceso similar, pero en lugar de sinterizar las partículas, se funden para crear piezas más fuertes y densas.
• Evim – Fusión por haz de electrones (Evim) es un proceso avanzado similar a un sistema SLM. La diferencia es que el volumen de construcción se mantiene en el vacío y se utiliza un haz de electrones enfocado en lugar de un láser para fusionar las partículas. Los volúmenes de impresión al vacío permiten la impresión de metales reactivos como el titanio.
• DED – Deposición de energía dirigida (DED) es un método en el que el polvo metálico se suministra a la placa de la cama a través de una boquilla y se funde con un láser donde se necesita. Este proceso es ideal para trabajos de reparación complejos en componentes existentes, con disponibilidad limitada de material.

¿Cómo se fabrican los polvos metálicos?

Los polvos metálicos son los mejores materiales de impresión 3D de metal porque pueden producir fácilmente diseños muy irregulares y simplificar ensamblajes previamente complejos.

Los polvos metálicos se producen mediante tres procesos principales: Todo esto proceso Es una forma de atomización de gases.

• Atomización de gas – El sustrato se funde y se introduce en la cámara de atomización. El gas se introduce en la parte superior de la cámara de fusión, y la masa fundida pasa a través de la boquilla del anillo, donde entra en contacto con el gas, y la masa fundida se dispersa y atomiza. Las partículas esféricas se recogen en el fondo de la cámara.
• Atomización por plasma – Atomización por plasma es una tecnología relativamente nueva para producir polvos metálicos, que funciona alimentando un alambre desde un carrete y poniéndolo en contacto con un soplete de plasma para derretir el material. El gas se rocía sobre la masa fundida al mismo tiempo, dispersando y atomizando la masa fundida. Las partículas esféricas producidas se recogen en el fondo de la cámara.
• Atomización de gas disuelto por electrodeinducción – Este proceso es ideal para materiales reactivos como el titanio. El material se introduce en la cámara de atomización en forma de barras, que gira a medida que pasa a través de una bobina de inducción que funde el material. Luego, la masa fundida cae y es atomizada por la corriente de gas. Las partículas esféricas se recogen en el fondo de la cámara.

Características de los polvos metálicos

Los polvos metálicos se caracterizan por su distribución del tamaño de las partículas, ya que determinan la altura mínima de la capa alcanzable El tamaño de las partículas, la pureza y la forma son factores muy importantes para determinar la calidad del polvo. Cuanto más esféricas y contaminantes sean las partículas, mayor será la calidad del polvo.

Cabe señalar que las propiedades mecánicas de las piezas hechas de metal en polvo en los procesos de sinterización por láser o fusión por láser/haz de electrones no son tan buenas como las de los metales base.

La resistencia final alcanzada depende del proceso utilizado. Sin embargo, la resistencia de muchas piezas metálicas impresas en 3D puede compararse con la resistencia de las piezas fundidas. También hay que tener en cuenta que muchas piezas de alta tensión se fabrican mediante el proceso de polvo metálico, por lo que las propiedades mecánicas conseguidas suelen ser “suficientes” para la aplicación para la que están diseñadas. En cada caso, las propiedades mecánicas exactas deben determinarse mediante la realización de pruebas.

Grados de polvos metálicos

Casi todos los metales se pueden atomizar para su uso en máquinas de fabricación aditiva de metales. Lista completa de El material adecuado se puede encontrar aquíA continuación se enumeran algunos de los principales grupos de metales y sus polvos metálicos.

titanio

• Titanio-6Al-4V – Esta aleación de titanio es la aleación de titanio más utilizada y se caracteriza por una excelente resistencia a la corrosión. Debido a su versatilidad, se utiliza en todo, desde artículos deportivos hasta piezas aeroespaciales. La versión ELI-A está diseñada para su uso en el proceso de lecho de polvo láser, mientras que la versión ELI-B está diseñada para su uso en el proceso de fusión por haz de electrones.

cobalto

• Cromo Cobalto F75 – Esta aleación está compuesta por cobalto y cromo. Este material es ampliamente utilizado en la industria médica para implantes y piezas de turbinas. Se caracteriza por una alta resistencia al desgaste y rigidez.

acero

• 316L – Este es un grado de acero ampliamente disponible y se utiliza cuando se requiere una mayor resistencia a la corrosión. También se caracteriza por una alta resistencia a la fluencia a altas temperaturas. Es ampliamente utilizado en aplicaciones marinas donde la alta resistencia a la corrosión es esencial. Este material se puede utilizar en equipos de fusión por haz de electrones de lecho de energía láser y deposición de energía dirigida.
• H11 – Se trata de un acero para herramientas de trabajo en caliente optimizado para aplicaciones de fusión de lecho láser. Tiene una excelente resistencia al impacto y al agrietamiento por fatiga térmica. Este polvo está diseñado para su uso en equipos de lecho de polvo láser.

níquel

• Níquel 625 – Esta aleación es una aleación de níquel-cromo, más comúnmente conocida como Inconel, que es una aleación aeroespacial avanzada que se utiliza para álabes de turbinas y piezas de motores a reacción. Inconel se caracteriza por su alta resistencia y resistencia a la corrosión.
• Níquel 230 – Esta aleación de níquel está compuesta por cromo, tungsteno y molibdeno, lo que la hace ideal para aplicaciones de alta temperatura. Puede soportar ambientes de alta temperatura durante mucho tiempo.

Conclusión

La gama de máquinas que utilizan polvos metálicos para la impresión 3D aumenta continuamente, lo que abre muchas aplicaciones nuevas. Con la mejora y optimización del proceso de fabricación, el precio de los polvos utilizados en estas máquinas seguirá bajando. Además, con la mejora del proceso de fabricación, las propiedades mecánicas de estos polvos se acercan más a las de los materiales de forja.

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