6 Consideraciones de diseño importantes para la impresión 3D en metal

La impresión 3D de metal está en aumento, y las ventas de sistemas AM de metal experimentan un crecimiento explosivo del 80% desde 2017. La impresión 3D de metal ofrece una libertad de trabajo sin precedentes. diseño, brindando a los diseñadores e ingenieros la oportunidad de crear formas orgánicas y estructuras ligeras, que de otro modo serían imposibles con los métodos de fabricación tradicionales.

Sin embargo, para liberar realmente todo el potencial de la impresión 3D en metal y seguir siendo competitivo, es fundamental comprender cómo aprovechar al máximo las capacidades de diseño que ofrece la tecnología. Dado que las reglas de diseño tradicionales ya no se pueden aplicar, es necesario un nuevo enfoque de diseño para la impresión 3D de metal.

Es por eso que reunimos nuestras principales consideraciones de diseño para la impresión 3D de metal para ayudarlo a aprovechar al máximo sus piezas metálicas.

Seis aspectos a tener en cuenta al diseñar su pieza de metal

1. Espesor de pared

Uno de los puntos más importantes a considerar al diseñar para la impresión 3D de metal es el grosor de la pared. Como regla general, se recomienda diseñar paredes con un espesor de pared mínimo de 0,4 mm. Es importante asegurarse de que el grosor de la pared de sus piezas no sea demasiado delgado o grueso, ya que esto puede resultar en una impresión delicada o una acumulación de tensiones internas, lo que provocaría grietas. Si bien es posible obtener características más finas, esto depende en gran medida del material metálico elegido, así como de los parámetros de su impresora.

Es posible que también desee experimentar con estructuras de celosía o panal en el caso de paredes gruesas, ya que esto podría ahorrarle una cantidad considerable de material y también reducir el tiempo de construcción.

2. Estructuras de soporte

Las estructuras de soporte son prácticamente siempre una necesidad con la impresión 3D de metal. Si bien es ideal diseñar una pieza con la cantidad mínima de soportes necesarios, se requieren para áreas como agujeros, ángulos y voladizos. Los soportes también se utilizan para anclar una pieza de metal a la placa base para eliminar el calor, lo que puede provocar tensiones residuales.

La regla general para los soportes en las áreas internas de una pieza, como los orificios horizontales, es diseñar estructuras de soporte en ángulo. Al aplicar estas estructuras, puede minimizar el área de contacto con los soportes, lo que a su vez dará como resultado un menor posprocesamiento.

Además de esto, diseñe sus soportes para que se estrechen al hacer contacto con la pieza. Esto facilitará mucho la eliminación de los soportes y el alisado de la superficie. Las estructuras de soporte tubulares ligeras también requerirán mucho menos tiempo y esfuerzo para quitarlas.

3. Voladizos y ángulos autosuficientes

A veces, es posible que deba diseñar una pieza de metal con voladizos:las partes que sobresalen de su impresión. Los voladizos grandes (generalmente de más de 1 mm) requerirán estructuras de soporte para evitar que colapsen durante el proceso de impresión. La longitud máxima de un voladizo horizontal sin apoyo es de 0,5 mm y es importante mantener los voladizos por debajo de esta longitud. Los filetes y los chaflanes se pueden diseñar en una pieza para eliminar estos voladizos.

Además de la longitud, también es importante tener en cuenta el ángulo de los voladizos. Un ángulo por debajo de 45 grados generalmente requerirá estructuras de soporte.

4. Orientación de la pieza

Experimentar con la orientación de las piezas es la mejor manera de minimizar la cantidad de estructuras de soporte necesarias. Por ejemplo, si desea hacer una pieza de metal con características tubulares huecas, la orientación horizontal ocupará más espacio, mientras que la orientación vertical o en ángulo ahorrará espacio y reducirá la cantidad de soportes necesarios.

Otra consideración a tener en cuenta al seleccionar la orientación de la pieza es que las superficies que miran hacia abajo y hacia arriba tendrán una rugosidad superficial diferente (los llamados revestimientos hacia abajo tienden a tener un acabado superficial inferior). Si desea producir características detalladas con la mayor precisión, asegúrese de orientarlas en la superficie de la pieza que mira hacia arriba.

5. Canales y agujeros

La fabricación aditiva de metales se destaca por su capacidad para producir piezas con canales y orificios, lo que no se puede lograr con los medios de fabricación tradicionales. Al tener en cuenta estas características en su diseño, tenga en cuenta que el diámetro mínimo para la mayoría de los procesos de lecho de polvo es de 0,4 mm. Los agujeros y tubos de más de 10 mm de diámetro requerirán estructuras de soporte.

Además, los orificios horizontales perfectamente redondos siguen siendo un desafío para la impresión 3D. Considere rediseñar tales formas en una forma de lágrima o diamante autoportante.

Dado que las piezas metálicas huecas requieren orificios de escape para eliminar el polvo sin fundir, asegúrese de tenerlos en cuenta en su diseño, con un diámetro recomendado de 2 a 5 mm.

6. Optimización de topología y diseño generativo

La capacidad de producir geometrías complejas mediante la fabricación aditiva lo hace ideal para la optimización de topología y el diseño generativo. La optimización de la topología tiene como objetivo optimizar la geometría y la distribución del material de una pieza mediante cálculos matemáticos. El diseño generativo, por otro lado, se inspira en los patrones de diseño de la naturaleza y permite a los ingenieros explorar todos los elementos posibles de una solución. Mediante el uso de estas herramientas, los diseñadores e ingenieros pueden mejorar la gama completa de libertad de diseño que ofrece la impresión 3D para crear piezas metálicas ligeras, resistentes y funcionalmente optimizadas.

Cambiando el paradigma del diseño para aprovechar al máximo la AM de metal

Diseñar para la impresión 3D de metal no es una tarea fácil, ya que requiere conocimiento sobre las posibilidades y limitaciones de las tecnologías y materiales de metal AM, así como un nuevo enfoque del diseño. Sin embargo, explorar e integrar las pautas de diseño desde el inicio del proceso de diseño permitirá a las empresas maximizar el éxito en la producción de piezas metálicas finales, manteniendo al mismo tiempo los costos y el desperdicio de material al mínimo.

Para obtener más información sobre la impresión 3D en metal, consulte nuestra completa guía para la impresión 3D en metal y nuestra introducción a DMLS.