Datos sobre la impresión láser de metal

¿La fabricación de piezas de precisión está lista para imprimir en 3D?

El tema de la impresión láser 3D aditiva de metal aparece con frecuencia en las noticias, por lo que podría preguntarse:¿Cuándo Metal Cutting Corporation va a hablar de impresión láser? Después de todo, a menudo hablamos de varios otros métodos para fabricar piezas de metal.

En Metal Cutting hacemos piezas que son muy pequeñas, para nuestro ejemplo aquí a menudo con dimensiones de 1 mm (0.039″) por 2 mm (0.079″), y hacemos un MUCHOS de ellos. Estas partes no suelen tener muchas características complejas o vacíos internos. Pueden ser un tubo o pueden ser sólidos.

Entonces, nuestra pregunta para los expertos en impresión láser 3D es, puede utiliza la impresión láser 3D de metal para cantidades tan grandes de piezas tan pequeñas?

Métodos básicos de impresión láser 3D de metal

Para comenzar, echemos un vistazo rápido a los tres métodos principales para la impresión láser aditiva 3D de metal.

Sinterización directa de metal por láser (DMLS)

Este método, el más popular, básicamente funde un diseño 2D en un lecho aplanado de polvo, fusionando el polvo y luego agregando capa sobre capa para construir el objeto. DMLS permite diseños hasta ahora imposibles. Sin embargo, , el proceso es muy lento y produce una metalurgia que se aproxima, pero no en todos los casos, a la fabricación tradicional. DMLS también se conoce como sinterización selectiva por láser (SLS) o fusión selectiva por láser (SLM).

Deposición de energía dirigida (DED)

En este método alimentado con polvo, una corriente de polvo de metal altamente concentrado se libera lentamente a través de una extrusora y se fusiona cuando se encuentra con un láser, formando capas en la superficie de la pieza. DED es altamente preciso para la impresión láser 3D de metal y también se utiliza para reparar piezas rotas. Este método se conoce como deposición de metal láser ( LMD).

Inyección de aglutinante de metal

Este método consiste en aplicar una resina aglutinante líquida sobre un material metálico en polvo. Las capas, en efecto, se "pegan" entre sí y luego se sinterizan en un horno de alta temperatura. Este proceso es más rápido y menos costoso que los otros dos métodos; sin embargo, los resultados no son tan fuertes o densos como los resultados que obtiene con DMLS o DED.

Algunas aplicaciones de la impresión láser en metal

La impresión láser de metal se ha vuelto popular para una serie de aplicaciones, que incluyen todo, desde la creación de prototipos y piezas de componentes funcionales en diversas industrias, hasta la producción personalizada en masa de artículos cotidianos como bisutería y utensilios de cocina.

La impresión láser de metal es muy popular en las aplicaciones de implantes dentales y ortopédicos. Permite personalizar estos productos para satisfacer las necesidades individuales de los pacientes. (Puede leer más en nuestro blog Pulido de piezas de metal para 3D Dispositivos médicos impresos.) La impresión láser de metal también se usa ampliamente en la industria aeroespacial.Por ejemplo, el motor a reacción LEAP de próxima generación tiene boquillas de combustible impresas en 3D.

Algunos errores comunes

La gente hace algunas suposiciones incorrectas cuando se trata de la impresión láser 3D de metal. Suena tonto, pero vale la pena señalar que el hecho de que un producto esté diseñado utilizando el modelado CAD 3D no lo hace "listo para la impresión 3D"; Los procesos de impresión láser 3D requieren un procesamiento posterior único.

Como con cualquier método de fabricación, también se deben considerar las propiedades del material específico que se utilizará. Por ejemplo, una suposición es que la impresión láser de metal es un sustituto de la fundición de metal. Por el contrario, el láser es ideal para piezas únicas y complejas que no pueden Las propiedades de un objeto de metal impreso con láser en 3D son diferentes de las propiedades del "mismo" objeto cuando se funde en metal.

Además, la impresión láser de piezas metálicas diseñadas para un proceso como el fresado CNC sería muy costosa. Esto se debe a que las piezas producidas de forma sustractiva tienen más masa y volumen, y sus diseños no están optimizados para las ventajas inherentes de la fabricación en 3D:esencialmente, vacíos y estructuras livianas y de alta resistencia.

Ventajas de la impresión láser de metal

Desde la perspectiva de un ingeniero, probablemente las ventajas más significativas de la impresión láser 3D de metal son:

• La capacidad de producir huecos completamente cerrados y otras características que son imposibles de mecanizar por sustracción
• Estructuras que producen una extraordinaria resistencia en las piezas y un diseño liviano que antes era imposible de lograr

Para una industria como la aviación, donde el peso reducido de una aeronave significa un menor consumo de combustible, el peso ligero es un objetivo importante.

Desde una perspectiva de aplicación, la ventaja más significativa de la impresión láser de metal sería la "personalización masiva" que la impresión láser 3D aditiva introdujo en industrias que van desde piezas de repuesto de aviación hasta coronas y puentes de odontología, innovaciones ortopédicas y protésicas y, por supuesto, todo el negocio de creación de prototipos. Algunas de estas formas únicas nunca podrían producirse sustractivamente. Incluso para aquellos que podrían mecanizarse o fundirse a un menor costo por pieza, ninguno de los dos métodos podría acercarse a los tiempos de entrega casi instantáneos que la impresión láser 3D de metal ha hecho posible.

La impresión láser de metal también puede reducir la cantidad de material de desecho en el proceso de producción. Mientras que los métodos tradicionales de corte sustractivo implican la eliminación de material para crear una forma, la impresión láser 3D de metal logra una forma mediante la adición del material necesario.

Siempre que el polvo metálico esté disponible, la impresión láser 3D es flexible en cuanto a los metales que puede utilizar, como titanio, acero inoxidable, Inconel y cromo cobalto. , así como latón, cobre, bronce y metales preciosos como oro, plata y platino. Sin embargo, aunque se han superado los desafíos de la impresión láser 3D en una atmósfera inerte, sigue siendo imposible recocer adecuadamente ciertos metales. Por ejemplo, mientras que el tungsteno se puede "construir" a través de la impresión 3D, el bloque de metal de tungsteno resultante es demasiado frágil para ser utilizable.

Desventajas de la impresión láser para piezas metálicas

La impresión láser 3D aditiva es sin duda famosa por hacer posible lo imposible, pero ¿qué pasa con la precisión? ¿Es la impresión 3D un buen método para fabricar pequeñas piezas metálicas de precisión?

Veamos DMLS, el método más maduro y mejor desarrollado, donde las variables importantes que impulsan la precisión dimensional son:

• El tamaño de las partículas de polvo
• Los intervalos de altura de los escalones del ascensor
• El tamaño del rayo láser

Cada uno de estos factores determina las tolerancias dimensionales. El gran tamaño de las partículas de polvo metálico hace que los pasos sean más grandes. De manera similar, la altura de cada capa de polvo determina las tolerancias que se pueden lograr.
Y probablemente la variable más importante es el tamaño del láser. Aquí es donde un rayo diminuto le brinda mayor precisión y una mayor El rayo láser produce dimensiones más imprecisas. El problema es que un rayo láser más pequeño genera menos calor, y eso significa que llevará más tiempo hacer su trabajo. Por lo tanto, puede tener una pieza que es muy preciso y/o muy pequeño, pero llevará mucho más tiempo producirlo. Eso, a su vez, aumenta el costo.

Hay otras formas en las que la impresión láser de metal requiere mucho tiempo. Mire de nuevo el muy popular DMLS, donde cada pieza tiene un pequeño punto de unión, como el hilo diminuto que mantiene suspendido un nido de avispas. un porche. Si tiene 10.000 piezas impresas con láser, eso significa que tiene 10.000 puntos de fijación que deben separarse. Esta tarea de separación de la base generalmente se logra usando EDM; pero sea cual sea el método que se utilice, hacerlo 10 000 veces anula la mayoría, si no todas, las ventajas aditivas.

La realidad es que la verdadera producción en masa todavía no es posible con la impresión láser 3D de metal, lo que la hace poco práctica y costosa para producir decenas de miles de piezas muy pequeñas. Además, está el alto costo inicial de la impresora 3D:al menos $ 100,000 para algunas de las mesas más nuevas, cuyo objetivo es interrumpir a los disruptores anteriores, hasta más de $ 1 millón para las impresoras de atmósfera controlada que se utilizan con metales como el titanio o los recintos gigantes necesarios para las máquinas diseñadas para fabricar piezas de aviación. Ese alto costo significa que cualquier aplicación para la que se proponga la impresora láser necesita "agregar" algo realmente único para "sustraerlo" del valor de los métodos tradicionales de fabricación de metal.

¿Qué nos depara el futuro?

No queremos que pienses que estamos siendo tercos o que nos resistimos al cambio. De hecho, nos gustaría agradecer a nuestro amigo Scott Cohen y su socio, David. Bell, en New Lab. Conocen el futuro mejor que nadie, y no dudamos de que alguien en New Labs algún día resolverá algunos de los problemas que estamos viendo ahora.

Si bien el desarrollo de impresoras láser 3D de tamaño de escritorio, en lugar de máquinas enormes de tamaño industrial, hará que la tecnología sea más accesible, todavía no vemos que la impresión láser de metal sea adecuada. para grandes volúmenes de piezas pequeñas de precisión En este caso, las máquinas pequeñas no son para piezas pequeñas. Pero, por supuesto, ¡algún día se puede demostrar que estamos equivocados!

Para obtener algunos consejos útiles sobre cómo elegir el mejor método de corte de metal de precisión para su proyecto de fabricación de metal, descargue nuestro documento técnico Elija con confianza:Comparación de métodos de corte de precisión de 2 ejes.