Impresión 3D de metal:¿Qué es la deposición directa de energía?

Deposición directa de energía (DED) es una serie de varias tecnologías de impresión 3D de metal similares que crean piezas fundiendo y fusionando material a medida que se deposita. Si bien se puede usar para fabricar piezas nuevas, el DED se usa generalmente para reparar y reconstruir componentes dañados. Una de las principales tecnologías de impresión 3D de metales, DED ya se utiliza en industrias clave como aeroespacial y defensa, petróleo y gas, así como en la industria marina. En el tutorial de hoy, exploraremos el proceso DED, sus beneficios y limitaciones y los casos de uso existentes.

¿Cómo funciona DED?

La deposición de energía directa a veces se conoce con varios nombres diferentes, incluido el revestimiento láser 3D y la fabricación de luz dirigida. Además, ciertas tecnologías patentadas modeladas en DED a veces se usan indistintamente:Fabricación aditiva por haz de electrones (Sciaky), Modelado de red por ingeniería láser (Optomec), Deposición rápida de plasma (Norsk Titanium) o Fabricación aditiva por arco de alambre. Aunque cada proceso funciona de manera ligeramente diferente, el principio detrás de ellos es el mismo.

En el proceso DED, el material de materia prima, que viene en polvo metálico o en forma de alambre, se empuja a través de una boquilla de alimentación donde se derrite mediante una fuente de calor enfocada (más comúnmente un láser, pero podría también puede ser un haz o arco de electrones) y se añaden sucesivamente a la plataforma de construcción. Tanto la fuente de calor como la boquilla de alimentación están montadas en un sistema de pórtico o brazo robótico. El proceso normalmente se lleva a cabo en una cámara sellada herméticamente llena de gas inerte para controlar mejor las propiedades del material y protegerlo de oxidaciones no deseadas.

Vea la tecnología en acción:

Materiales

DED admite una amplia gama de metales, que incluyen:

• Aleaciones de titanio
• Acero inoxidable
• Aceros Maraging
• Aceros para herramientas
• Aleaciones de aluminio
• Metales refractarios (tantalio, tungsteno, niobio)
• Superalleaciones (Inconel, Hastelloy)
• Cobre de níquel
• Otros materiales especiales, compuestos y materiales graduados funcionalmente

Notablemente, los materiales usados ​​en DED son significativamente más baratos que los polvos metálicos usados ​​en AM de metal en lecho de polvo.

Deposición directa de energía:pros y contras

La tecnología DED se ha utilizado durante varios años y ofrece una variedad de beneficios:

• Ideal para reparar piezas:la capacidad de controlar la estructura de grano de una pieza hace que DED sea una buena solución para la reparación de piezas metálicas funcionales.

• Piezas impresas en 3D más grandes :A diferencia de los procesos AM de metal en lecho de polvo, que suelen producir componentes más pequeños de alta definición, algunos métodos DED patentados pueden producir piezas metálicas más grandes, por ejemplo, la tecnología de fabricación aditiva por haz de electrones (EBAM), desarrollada por Sciaky, se dice que Ser capaz de producir piezas de más de 6 metros de longitud.

• Alta velocidad de impresión :Normalmente, las máquinas DED tienen altas tasas de deposición de material. Por ejemplo, algunos procesos DED pueden alcanzar una velocidad de hasta 11 kg de metal por hora.

• Menos desperdicio de material :Con los procesos SLM y DMLS, debido a que el polvo se esparce sobre la plataforma de construcción y luego se fusiona de forma selectiva, esto a menudo puede dejar una gran cantidad de polvo sin fundir que debe reutilizarse. En los contratos, con DED solo se deposita la cantidad necesaria de material. Dado que no hay polvo de desecho para reciclar, esto da como resultado un uso eficiente del material y ahorros de costos.

• Capacidades de múltiples materiales :Con DED, los polvos o alambres se pueden cambiar o mezclar durante el proceso de construcción para crear aleaciones personalizadas. La tecnología también se puede utilizar para crear un gradiente entre dos materiales diferentes dentro de la misma construcción, logrando propiedades de material más fuertes para una pieza.

• Piezas metálicas de alta calidad :DED produce piezas muy densas con propiedades mecánicas tan buenas o mejores que las de materiales fundidos o forjados comparables. Las piezas producidas con DED también pueden alcanzar formas casi netas, lo que significa que requerirán poco procesamiento posterior.

• Capacidades de fabricación híbrida :DED es una de las pocas tecnologías de impresión 3D de metal aptas para integrarse en centros de mecanizado para crear una solución de fabricación híbrida. Al montar una boquilla de deposición en un sistema de mecanizado de varios ejes, se pueden producir piezas metálicas muy complejas con mayor rapidez y flexibilidad.

¿Cuáles son las limitaciones de DED?

Algunas de las limitaciones de DED incluyen:

• Baja resolución: Las piezas producidas con deposición de energía directa tienden a tener una resolución baja y un acabado superficial deficiente, por lo que requieren un mecanizado secundario que agregará tiempo y costo al proceso general.

• Sin estructuras de soporte: DED no se presta a la creación de estructuras de soporte, lo que limita la producción de piezas con determinadas geometrías, por ejemplo, voladizos.

• Costo: Los sistemas DED suelen ser muy costosos, con costos que superan los $ 500,000.

Deposición directa de energía:las máquinas

En la siguiente tabla, hemos resumido las principales empresas que desarrollaron tecnologías patentadas basadas en el proceso DED, junto con las máquinas disponibles y sus volúmenes de construcción.

Fabricante Nombre del sistema Generar volumen Sciaky EBAM® 68711 x 635 x 1600 mm EBAM® 881219 x 89 x 1600 mm EBAM® 110 1778 x 1194 x 1600 mm EBAM®1502794 x 1575 x 1575 mm EBAM® 3005791 x 1219 mm x 1219 mm Optomec LENTE 450100 x 100 x 100 mm LENTE MR-7300 x 300 x 300 mm LENTE 850-R 900 x 1500 x 900 mm LENTE 860 Híbrido 860 x 600 x 610 mm Viga Módulo 250400 x 250 x 300 Módulo 400650 x 400 x 400Magic 8001200 x 800 x 800 InnsTek MX-600450 x 600 x 350 mm MX-1000 1000 x 800 x 650 mm MX-Grande 4000 x 1000 x 1000 mm DMG Mori (híbrido) LASERTEC 65 3D 735 x 650 x 560 mm

Casos de uso habituales

DED se ha aplicado con éxito en varias industrias, incluidas la aeroespacial, el petróleo y el gas, la defensa, la marina y la arquitectura. Los fabricantes aeroespaciales utilizan cada vez más la tecnología para producir piezas estructurales para satélites y aviones militares. Lockheed Martin Space, por ejemplo, ha calificado recientemente el proceso EBAM de Sciaky para construir cúpulas de tanques de combustible de titanio para satélites. Mediante el uso de la tecnología, la empresa pudo reducir el tiempo de producción del componente en un 87% y reducir el tiempo de entrega de dos años a tres meses.

También se está considerando DED para piezas estructurales para aviones comerciales . Un ejemplo son las piezas de titanio para aviones recientemente aprobadas por la FAA para el Boeing 787 Dreamliner, fabricado por Norsk Titanium. La compañía noruega utilizó su tecnología patentada de Deposición Rápida de Plasma, una forma de tecnología DED, que ayudó a lograr una mejora considerable en la relación compra-vuelo en comparación con los métodos de fabricación convencionales. Ahora, a medida que las piezas de titanio entran en producción en serie, Boeing espera reducir sus costos de producción entre 2 y 3 millones de dólares por avión.

Además de producir piezas metálicas, la tecnología DED es adecuada para reparar piezas dañadas. Gracias a la fuerte unión metalúrgica y a las microestructuras finas y uniformes que puede producir DED, se pueden reacondicionar componentes como álabes de turbina e inserciones de herramientas de moldeo por inyección. Al reparar piezas desgastadas, moldes o matrices, DED permite reducir significativamente el tiempo de inactividad y los costos asociados con el reemplazo de la pieza al tiempo que extiende la vida útil de la pieza.

Además, DED se puede utilizar para modificar piezas. Por ejemplo, al utilizar la tecnología para depositar una capa de revestimiento duro resistente al desgaste, se puede mejorar la resistencia al desgaste y a la corrosión de una pieza.

El futuro de DED

DED ofrece numerosas ventajas para las industrias que requieren la creación o reparación eficiente de equipos de alto valor y piezas metálicas a medida, especialmente aquellas de mayor tamaño. De cara al futuro, esperamos que se amplíe el alcance de las aplicaciones de la tecnología, especialmente debido a la apasionante tendencia de la fabricación híbrida. Mediante su integración con tecnologías de fabricación convencionales, DED podría aportar avances a las industrias en busca de oportunidades de producción innovadoras y rentables.