Introducción a la sinterización directa por láser de metales

"En comparación con una pieza fundida tradicionalmente, una [pieza] impresa tiene una resistencia, ductilidad y resistencia a la fractura superiores, con una menor variabilidad en las propiedades de los materiales".

Elon Musk

Si bien los materiales a base de plástico se han utilizado para la mayoría de los proyectos de fabricación aditiva desde el inicio de la tecnología, los desarrollos recientes en materiales de impresión de metales significan que la producción de piezas metálicas funcionales ahora no solo es factible, sino que merece una seria consideración para una variedad de industrias. La posibilidad de utilizar técnicas de fabricación aditiva para entregar piezas con las mismas cualidades mecánicas que sus contrapartes mecanizadas ha ayudado a abrir la puerta al uso de esta tecnología para la producción, así como para la creación de prototipos, algo que las empresas con visión de futuro ya han comenzado a explorar.

En este tutorial, ofreceremos una descripción general de los aspectos clave a considerar para cualquier proyecto que involucre el proceso de sinterización directa por láser de metal y sus aplicaciones potenciales en la industria de fabricación aditiva.

¿Qué es la sinterización directa por láser de metales?

La sinterización directa por láser de metal es un método de fabricación aditiva que consiste en chorrear un lecho de polvo metálico con un láser fino, fusionando el polvo una capa a la vez para crear la pieza o el prototipo terminado, que luego se puede mecanizar y terminar en el mismo. manera como uno producido por CNC. Desde su introducción a principios de los noventa, el proceso se ha utilizado para producir una amplia gama de prototipos y piezas funcionales en las industrias automotriz, aeroespacial y médica / dental.

¿Por qué DMLS?

DMLS ofrece una forma confiable de entregar componentes metálicos de calidad en tiradas de producción cortas. El proceso es increíblemente consistente, con una contracción mínima durante el enfriamiento posterior a la impresión y los valores mecánicos resultantes que a menudo pueden exceder los equivalentes mecanizados. En comparación con los métodos CNC, DMLS reduce el desperdicio de material típico hasta en un 90%.

DMLS también ofrece mucha flexibilidad, ya que las piezas se pueden refinar aún más después de la impresión utilizando métodos CNC más tradicionales, e incluso soldarse como metales normales. Esto incluye detalles de grabado o relieve, lo que ha llevado a varios diseñadores de joyas a explorar las posibilidades que ofrece DMLS.

Sin embargo, el proceso para imprimir metal en 3D de esta manera es todavía relativamente joven en comparación con otros métodos y, como tal, no está exento de desventajas. El proceso todavía está limitado actualmente a aplicaciones industriales debido a su relativa complejidad, con la elección de materiales aún relativamente limitada en el momento de escribir este artículo. Además, el proceso aún no es adecuado para proyectos especialmente grandes, debido al espacio de construcción limitado de las impresoras disponibles.

¿Qué materiales se pueden imprimir de esta manera?

La gama de metales que están disponibles en forma imprimible está creciendo constantemente. En el momento de escribir este artículo, los siguientes están disponibles en forma de polvo para proyectos DMLS:

• Acero inoxidable
• Acero de níquel
• Plata de ley
• Dorado
• Titanio
• Bronce
• Cobre
• Latón
• Aluminio
• Cromo cobalto
• Inconel

También hay una serie de materiales plásticos disponibles a los que se les han añadido elementos metálicos, lo que les otorga algunas de las cualidades de las piezas metálicas. Pueden imprimirse a temperaturas más bajas sin dejar de tener un tacto metálico. Al considerar el material más adecuado para un proyecto, asegúrese de mirar en detalle la hoja de especificaciones de cada opción, que debe estar disponible en línea. En particular, considere lo siguiente:

• Resistencia a la tracción (MPa)
• Módulo de flexión (GPa)
• Alargamiento en la rotura (%)
• Dureza (normalmente expresada en la escala Rockwell B, aunque hay varias escalas alternativas en uso)
• Espesor mínimo de la pared
• Precisión alcanzable (µm)

¿Qué posprocesamiento será necesario?

En primer lugar, cualquier impresión DMLS deberá eliminar todos los elementos de soporte, lo que a menudo es un proceso que requiere bastante tiempo, así que tenga esto en cuenta en los cronogramas de su proyecto. Se pueden utilizar técnicas de mecanizado típicas para este propósito.

Los acabados producidos por sinterización directa por láser de metal son inherentemente rugosos y granulados, lo que significa que será necesario pulir para obtener un acabado liso y atractivo, especialmente si la pieza se va a utilizar para fundir posteriormente. El electropulido es una opción eficaz en este sentido, ya que mejora significativamente la calidad general del acabado de una pieza al minimizar la rugosidad, por lo que se adhiere menos suciedad. Como no se trata de mecanizado, esta es una opción especialmente atractiva para piezas con elementos frágiles que podrían dañarse con las técnicas de mecanizado.

Ciertos polvos metálicos utilizados para la fabricación aditiva pueden tener sus propiedades mecánicas considerablemente mejoradas mediante tratamiento térmico después de la impresión. Las hojas de especificaciones de estos materiales deben enumerar sus propiedades previas y posteriores al tratamiento.

Embalaje de volumen efectivo y orientación de piezas

Al igual que con cualquier proyecto de fabricación aditiva, considere sus requisitos de embalaje por volumen lo antes posible. Para la mayoría de los proyectos DMLS, imprimir varias unidades a la vez reducirá los costos, aunque al determinar cuántas unidades se pueden imprimir simultáneamente con sus máquinas disponibles, asegúrese de considerar la orientación de la pieza, ya que este suele ser el mayor desafío al imprimir piezas metálicas. Las piezas de metal requieren una orientación mucho más específica que las de plástico debido a las estructuras de soporte que serán necesarias durante la impresión, por lo que el empaque de volumen debe planificarse en torno a esta consideración. Hacer esto ayudará a lograr un equilibrio sensato entre los costos de materiales, la calidad y el tiempo de construcción general.