Materiales metálicos de impresión 3D

Acero

El acero es el metal más utilizado en la impresión 3D. Sus excelentes propiedades de material, versatilidad y amplio uso en la fabricación de precisión hacen que el acero para impresión 3D sea una excelente opción para crear piezas de alta calidad. La mayoría de los tipos de acero se pueden imprimir, pero los dos tipos más utilizados son los aceros inoxidables y los aceros para herramientas, metales que son más caros y difíciles de fabricar de forma convencional.

Atributos positivos:

• excelente resistencia y rigidez
• amplia variedad de propiedades del material
• tratable con calor.

Aceros inoxidables son aceros fuertes y rígidos que poseen una excelente resistencia a la corrosión debido a su importante contenido de cromo (al menos 12%, a menudo hasta 18%). Normalmente se imprimen dos tipos de aceros inoxidables:austenítico y martensítico.

• Aceros inoxidables austeníticos , el tipo más común de aceros inoxidables, son resistentes a la corrosión y pueden mecanizarse y soldarse, aunque no pueden tratarse térmicamente. 316L es un acero inoxidable común impreso en 3D conocido por su superior resistencia a la corrosión.
• Inoxidable martensítico aceros son mucho más duros que los aceros austeníticos, pero más frágiles y menos resistentes a la corrosión. 17-4 PH es un acero inoxidable martensítico que se puede tratar térmicamente para adaptarse a una variedad de propiedades del material y se usa ampliamente en toda la fabricación.

Aceros para herramientas se nombran por su aplicación central:herramientas de todas las variedades. Contienen carburo, un compuesto extremadamente duro que es fundamental para su capacidad de cortar, triturar, estampar, moldear o dar forma. Generalmente, son muy duros, resistentes a la abrasión y muchos se pueden utilizar a altas temperaturas. Los tres tipos de metal más comúnmente impresos en 3D son los aceros para herramientas de la serie A, serie D y serie H.

• Serie A Los aceros para herramientas son excelentes aceros para herramientas mecanizables de uso general que equilibran la resistencia al desgaste y la tenacidad. Hay ocho variedades de la Serie A, la más común de las cuales es A2 herramienta de acero. Es un acero para herramientas versátil y de trabajo en frío que se usa a menudo para hacer punzones y matrices, así como para una amplia variedad de otras aplicaciones.
• Serie D Los aceros para herramientas están optimizados para la resistencia al desgaste y la dureza. No son particularmente resistentes y solo se utilizan para aplicaciones de trabajo en frío. La variedad más común de la Serie D es D2 acero, un acero para herramientas de trabajo en frío que se utiliza para todo tipo de herramientas de corte, desde hojas hasta herramientas de corte industriales y cuchillos.
• Serie H Los aceros para herramientas cortan y dan forma al material a temperaturas elevadas (o cíclicas). H13 es el acero para herramientas de trabajo en caliente impreso en 3D más común. Su combinación de excelente resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia al calor del metal impreso en 3D lo convierte en un buen acero para herramientas de uso general que está optimizado para su uso en altas temperaturas.

Superaleaciones

La tecnología de impresión de metales en 3D se diferencia por ser capaz de fabricar aleaciones de alto valor a costos relativamente bajos. La impresión 3D, que a menudo es difícil y cara de mecanizar, permite a las empresas producir piezas de alto rendimiento de forma más asequible que los métodos sustractivos. Las superaleaciones prosperan en entornos adversos:lugares con altas temperaturas, productos químicos corrosivos o ambos. Aunque hay muchas superaleaciones imprimibles, los dos grupos más comunes son Inconel y Cobalt Chrome.

Atributos positivos:

• Excelentes propiedades mecánicas
• Resistente al calor
• Buena estabilidad de la superficie
• Resistente a la corrosión
• Biocompatible (solo cromo cobalto)

Inconel
El grupo de aleaciones de níquel patentado más común es Inconel. Este material extremadamente fuerte, tenaz y resistente a la corrosión se utiliza en turbinas, sellos de motor y
cohetes. Las dos formulaciones más utilizadas en la impresión 3D de inconel son el Inconel 718 más resistente y resistente. y el Inconel 625 más resistente al calor . Ambos son costosos
de mecanizar de manera convencional, lo que hace que la impresión 3D sea una alternativa rentable.

Cromo cobalto
Esta superaleación es conocida por su biocompatibilidad, alta relación fuerza-peso y resistencia a la corrosión; es esencialmente una versión de titanio de mayor calidad, más densa y más cara. Al igual que Inconel, se utiliza en turbinas y otros entornos hostiles, pero también se puede utilizar en aplicaciones médicas para las que Inconel no es adecuado, incluidos implantes ortopédicos y dentales.

Titanio

Si bien no es un material común utilizado en la fabricación convencional, la relación resistencia / peso del titanio y su alto costo (tanto los costos del material como los costos de mecanizado) lo convierten en una excelente opción para la impresión 3D. El titanio generalmente se imprime en dos variedades diferentes:aleaciones de titanio y titanio puro (conocido como CP Ti).

Atributos positivos:

• Relación fuerza-peso
• Resistente al calor
• Resistente a productos químicos
• Biocompatible (depende del proceso y la aleación)

Aleaciones de titanio
El titanio alcanza sus mejores cualidades mecánicas cuando se alea con otros metales. La aleación de titanio más común es Ti64 (Ti-6Al-4V) - un material más resistente y un 40% menos denso que el acero inoxidable 17-4 PH. Sobresale en ambientes corrosivos y de alta temperatura. Estos rasgos lo convierten en una de las mejores opciones en industrias donde se valora una alta relación resistencia / peso, como aviones y vehículos de alto rendimiento.

Titanio comercialmente puro (CP Ti)

El titanio puro no es tan fuerte como la mayoría de las aleaciones de titanio, pero es altamente biocompatible. Se utiliza para inserciones ortopédicas y aplicaciones médicas similares.

Cobre

El cobre presenta un valor completamente único entre los materiales metálicos imprimibles en 3D:se utiliza por su conductividad térmica y eléctrica en lugar de por sus propiedades mecánicas. La impresión 3D de metal permite a los ingenieros crear piezas de cobre optimizadas geométricamente como disipadores de calor, brazos de soldadura y barras colectoras por un costo mucho menor. En la actualidad, solo hay unos pocos sistemas capaces de imprimir cualquier versión de cobre. El cobre se puede imprimir en su forma pura o más comúnmente en su forma aleada.

Atributos positivos:

• Conductor de electricidad
• Conductor térmico
• Resistente a la corrosión
• Dúctil

Cobre puro
El cobre puro tiene la mejor conductividad térmica y eléctrica de cualquier aleación de cobre,
por lo que es la opción preferida. Sin embargo, debido a su alta conductividad y alta reflectancia
láser, el cobre es incompatible con los sistemas estándar basados ​​en láser. El cobre puro
solo está disponible en máquinas de extrusión de polvo enlazado.

Cobre aleado
El cobre aleado contiene típicamente 1-2% de elementos de aleación, que lo hacen
imprimible en algunas máquinas de fusión de lecho de polvo. Estas aleaciones, aunque todavía
relativamente conductoras, son opciones inferiores al cobre puro. Un ejemplo de cobre
aleado imprimible es C18150 , una aleación con cromo y zinc.

Aluminio

El aluminio, aunque se utiliza en algunas impresoras 3D de metal, se ve mucho menos en la impresión 3D que en los procesos de fabricación convencionales. Su escasez en la impresión 3D de piezas metálicas se debe a dos factores:baja capacidad de impresión y costes relativamente bajos en la fabricación convencional. Como resultado, el ROI potencial de las piezas metálicas impresas en 3D que utilizan aluminio, o el precio de la impresora 3D de metal, no siempre favorece la impresión. La mayoría de las aleaciones de aluminio comunes, como 6061 y 7075, no están impresas. En cambio, las máquinas Powder Bed Fusion que imprimen aluminio suelen imprimir aluminios de grado de fundición más suaves. Estas aleaciones de grado de fundición contienen hasta un 12% de silicio en peso y tienen propiedades mecánicas inferiores.

Atributos positivos:

• Poco peso
• Durable
• Dúctil

Alternativas al aluminio en la impresión 3D

Debido a que el valor de la impresión es relativamente bajo, no está claro cuándo se convertirá en algo común en la impresión 3D. Hasta entonces, el titanio y el acero proporcionan proporciones similares de resistencia a peso cuando se imprimen con relleno de celda abierta, mientras que las impresoras 3D compuestas continuas pueden producir piezas resistentes al aluminio por una fracción del costo.

Las organizaciones interesadas en la impresión 3D de piezas de aluminio deberían considerar la fabricación aditiva con la impresión 3D de fibra de carbono Markforged, que puede crear piezas con resistencias equivalentes al aluminio 6061-T6, al tiempo que ofrece propiedades de material mejoradas como rigidez, resistencia al impacto, resistencia al calor y durabilidad. Además, en comparación con el aluminio 6061, la fabricación de fibra de carbono reforzada ofrece relaciones de resistencia a peso drásticamente mejoradas, que pueden ser críticas para ciertas aplicaciones de alto rendimiento en industrias como la aeroespacial y la automotriz.

Recursos gratuitos de impresión 3D en metal

• Fundamentos de impresión 3D en metal
• Libro electrónico:Aplicaciones de metal FFF y ejemplos de casos
• Guía completa de metal FFF

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