Impresión 3D de metales preciosos:¿un nuevo enfoque?

Un estudio reciente de SmarTech ha valorado el mercado de materiales de metales preciosos en la fabricación aditiva en 250 millones de dólares para 2028. Esto muestra que, si bien la impresión 3D todavía se encuentra relativamente en sus primeras etapas de desarrollo, es un área que está creciendo constantemente. La impresión 3D de metales preciosos como el oro, la plata o el platino es ideal para aplicaciones de gama alta y de bajo lote con altos niveles de personalización y libertad de diseño. Teniendo esto en cuenta, industrias como la joyería, la relojería, la odontología y la electrónica pueden beneficiarse enormemente de la impresión 3D con estos materiales.

Veremos cómo funciona la impresión 3D con metales preciosos, las limitaciones de la tecnología y cómo las aplicaciones podrían evolucionar en el futuro.

Fabricación directa e indirecta

Hay dos enfoques principales para la impresión 3D de metales preciosos: fabricación directa e indirecta . Con la fabricación indirecta, la impresión 3D se utiliza para producir herramientas como matrices y moldes para procesos tradicionales. La impresión 3D directa, por otro lado, se refiere a la creación de piezas directamente desde el diseño.

Fabricación indirecta con metales preciosos implica la impresión 3D de un patrón de cera para su uso en fundición a la cera perdida. La estereolitografía (SLA) se usa típicamente para crear tales patrones a partir de resinas parecidas a cera moldeables. Durante este proceso, un láser de luz ultravioleta viaja sobre una capa de fotopolímero líquido (resina), solidificando selectivamente el material. Cuando el patrón de cera está completo, se cubre con un material resistente al calor como yeso y se coloca en un horno donde se derrite la cera, dejando solo el molde de yeso endurecido. Este proceso también se llama "cera perdida". Luego, el metal precioso fundido se vierte en el molde, llenando el espacio dejado por la cera.

Este proceso es particularmente beneficioso para la industria de la joyería, ya que ayuda a ahorrar tiempo y esfuerzo asociado con los modelos tallados a mano, al tiempo que permite a los joyeros diseñar piezas de joyería personalizadas altamente complejas. Actualmente, el mercado de impresoras 3D ofrece una amplia gama de máquinas SLA adecuadas para la producción de patrones de cera.

Por el contrario, con la impresión 3D directa , los fabricantes pueden crear piezas de metales preciosos directamente a partir de archivos CAD. Las dos tecnologías de impresión 3D más utilizadas para la impresión 3D directa con metales preciosos son la sinterización directa por láser de metales (DMLS) y la inyección de materiales.

Una mirada más cercana a la fabricación directa

La fabricación directa está todavía en pañales en comparación con la impresión 3D indirecta. Aunque la sinterización directa por láser de metales (DMLS) es uno de los métodos de fabricación aditiva más comunes para producir piezas metálicas, la sinterización por láser de polvos de metales preciosos se ha convertido posiblemente solo recientemente, en parte debido a las dificultades intrínsecas de trabajar con estos materiales.

Los polvos de metales preciosos también son costosos de investigar y desarrollar. Además, muchos metales preciosos, como el oro y la plata, son altamente reflectantes y térmicamente conductores. Esto significa que los láseres AM típicos no pueden fundir completamente el material y crear una pieza homogénea. Sin embargo, a pesar de los desafíos, algunos fabricantes de AM han desarrollado máquinas capaces de procesar materiales de metales preciosos utilizando DMLS.

Máquinas en el mercado

Por ejemplo, el fabricante alemán EOS, en asociación con la empresa británica de metales preciosos Cooksongold, lanzó la impresora 3D EOS PRECIOUS M 080 en 2014. Con este sistema, se puede utilizar una amplia gama de aleaciones de polvo de metales preciosos, desde oro y plata hasta platino. y aleaciones de paladio.

Del mismo modo, la empresa de joyería Boltenstern utilizó el PRECIOUS M 080 para crear su colección de joyas "Embrace", impresa en 3D en oro y platino. La tecnología posibilitó niveles inalcanzables de personalización antes de crear piezas con diseños complejos. La colección incluía piezas de joyería como pulseras, pendientes, anillos, collares y gemelos.

El fabricante de maquinaria con sede en Italia Sisma introdujo el sistema mysint100 para la impresión 3D con metales preciosos (bronce, oro y varias aleaciones de metales preciosos) y polvos de metales no preciosos en 2014. Y en 2016, la empresa amplió su cartera de impresoras 3D con la máquina mysint300 más grande, adecuada para producir series pequeñas y piezas medianas.

Impresión 3D en platino

La impresión 3D de platino es un caso de uso particularmente interesante. El material es notoriamente difícil de fundir debido a su alta temperatura de fusión y alta reactividad con los materiales del crisol y del molde de revestimiento. Esto da como resultado altos costos de producción, la necesidad de equipos específicos y defectos frecuentes en los productos finales, lo que hace que la sinterización por láser sea una mejor alternativa a la fundición. La compañía de metales preciosos Cooksongold incluso ha estimado que la densidad del platino impreso en 3D puede alcanzar más del 99,9%, mientras que el platino fundido tiene una densidad del 99,2%.

Odontología

Dentro de la industria dental, la impresión 3D de metales preciosos se puede utilizar para restauraciones dentales, creando pequeños lotes de coronas, incrustaciones y onlays. Por ejemplo, Argen, que se especializa en tecnología digital dental, utiliza máquinas Concept Laser para la impresión 3D de metales con aleaciones nobles (aleaciones de oro y paladio), nobles (paladio) y no preciosas, produciendo prótesis totalmente densas y personalizadas bajo demanda.

Electrónica

Material Jetting es un proceso de fabricación aditiva completamente diferente del DMLS, que implica el uso de cabezales de impresión que depositan gotas de material capa por capa. A continuación, estas gotitas se solidifican con luz ultravioleta.

En lo que respecta a los metales preciosos, el Material Jetting se utiliza normalmente con tintas de plata u oro altamente conductoras para imprimir en 3D dispositivos electrónicos como antenas, prototipos de PCB, circuitos y sensores. La empresa israelí Nano Dimensions es pionera en este campo con su impresora 3D DragonFly 2020 Pro. Con el sistema de deposición de inyección de tinta patentado, la DragonFly 2020 Pro es capaz de imprimir con tintas conductoras (plata) y dieléctricas simultáneamente, creando piezas eléctricamente funcionales.

Otro actor importante en el campo de la electrónica impresa en 3D que utiliza metales preciosos es Optomec. La empresa estadounidense ha desarrollado una amplia gama de tintas para metales preciosos (oro, platino, plata, cobre) y no preciosos específicamente para la línea de sus impresoras Aerosol Jet. La impresora 3D más nueva de la línea, la Aerosol Jet HD, ingresó al mercado a principios de este año. La tecnología subyacente consiste en un atomizador de tintas, que crea la niebla de aerosol, que posteriormente se deposita sobre el sustrato con la ayuda de un enfoque aerodinámico.

Los componentes electrónicos, desde resistencias hasta antenas y sensores, pueden fabricarse utilizando la tecnología Aerosol Jet. Por ejemplo, investigadores de la Universidad Carnegie Mellon pudieron imprimir en 3D galgas extensométricas de alta temperatura utilizando esta tecnología. Las galgas extensométricas son sensores que se utilizan para medir la deformación de un material o estructura, lo que ayuda a detectar cualquier problema estructural en un componente. Los galgas extensométricas se fabricaron a partir de nanopartículas de plata y demostraron un rendimiento superior al de sus homólogos disponibles comercialmente y pueden ser particularmente beneficiosos para la industria aeroespacial y otras industrias de alto rendimiento como los sistemas de generación de energía y nucleares.

Mirando hacia el futuro

Aunque la impresión 3D indirecta sigue siendo la opción más popular cuando se trabaja con metales preciosos, las industrias, desde la joyería hasta la electrónica, reconocen constantemente los beneficios de los metales preciosos impresos directamente en 3D. Sin embargo, existen barreras para una adopción más amplia, desde equipos costosos hasta las dificultades de desarrollar tintas y polvos de metales preciosos adecuados.

No obstante, de cara al futuro, veremos más directamente productos dentales y de joyería impresos en 3D, a medida que continúe la tendencia hacia una mayor personalización y un tiempo de comercialización más rápido. Además, se están realizando más investigaciones en el campo de las tintas para metales preciosos. Imaginamos que la electrónica impresa en 3D podría revolucionar muchas industrias de alto rendimiento con antenas y sensores impresos en 3D, el siguiente paso en la evolución de la Internet de las cosas.