Impresión 3D en metal:7 conceptos erróneos comunes desacreditados

Persiste la falta de comprensión de las capacidades y limitaciones de la impresión 3D en metal uno de los desafíos clave para una mayor adopción de la tecnología. Los conceptos erróneos que han surgido en torno a la tecnología solo añaden más leña al fuego.

En el artículo de hoy, desmantelaremos algunos de los mitos comunes que rodean la impresión 3D en metal, para descubrir la verdad y brindarle los hechos.

1. La impresión 3D de metal es demasiado cara

La fabricación de aditivos metálicos (AM) puede ser una tecnología cara de poseer. Algunos sistemas de AM de metal pueden costar hasta un millón de dólares, lo que los hace asequibles solo para las grandes empresas.

Dicho esto, algunas empresas reconocen que este tipo de inversión de capital está fuera de discusión para empresas más pequeñas y talleres mecánicos y han desarrollado específicamente impresoras 3D a un precio inferior a 200.000 dólares. Dichos sistemas tienen como objetivo democratizar la impresión 3D de metales, desbloqueando la tecnología para mercados más amplios.

Algunos ejemplos incluyen empresas como Xact Metal, Laser Melting Innovations (LMI) y One Click Metal, que están democratizando la tecnología de fusión de lecho de polvo metálico.

En la mayoría de los casos, estas empresas han equipado sus sistemas con componentes más rentables para reducir los costos de los equipos. Por ejemplo, la impresora 3D Alpha 140 de LMI utiliza un láser de diodo, que es más barato y menos propenso a sufrir daños que un láser de CO2. Y, en lugar de costosos sistemas de escáner, el Alpha 140 está equipado con un sistema láser de movimiento cartesiano. Gracias a estos cambios, la empresa ha podido rebajar el precio de su máquina a menos de 100.000 €.

Además, otras empresas, como Desktop Metal y Markforged, han desarrollado un nuevo enfoque para la impresión 3D en metal. para hacerlo más asequible. Tanto el Studio System de Desktop Metal como los sistemas Metal X de Markforged se basan en una tecnología similar, mientras que los polvos metálicos encapsulados en el filamento de plástico se extruyen a través de una boquilla para crear piezas verdes que luego se sinterizan en un horno.

Qué Hace que este enfoque sea más asequible, se necesitan componentes más baratos para fabricar una impresora y costos operativos más bajos, gracias a los materiales de moldeo por inyección de metal más baratos.

Con un precio de menos de $ 200,000, tanto Metal X como Studio System han generado nuevas posibilidades en la impresión 3D de metal al hacer que el proceso sea menos costoso, amigable para la oficina y más fácil de administrar.

2. La mayoría de los sistemas de AM de metal son similares

Otro error común es que todas las impresoras 3D de metal son similares. En realidad, existen hasta cinco tecnologías clave de impresión 3D en metal, cada una con sus requisitos y funcionalidad únicos.

Incluso dentro del mismo grupo de tecnología, las impresoras 3D pueden variar sustancialmente. Tomemos como ejemplo el metal Powder Bed Fusion (PBF), el proceso en el que los polvos metálicos se fusionan capa por capa mediante una poderosa fuente de calor. Si bien la idea clave detrás de PBF sigue siendo la misma, hay varias versiones bastante únicas de la tecnología.

Por ejemplo, VELO3D ha desarrollado una impresora 3D de fusión de lecho de polvo que cuenta con un mecanismo de recubrimiento único y está estrechamente integrada con el software. Esto proporciona al sistema una capacidad única de imprimir piezas casi sin estructuras de soporte.

En otro ejemplo, Aurora Labs está desarrollando una impresora 3D de metal PBF, que podrá imprimir piezas a una velocidad de tecnología PBF sin precedentes de hasta una tonelada de metal por día.

En general, el panorama de la impresión 3D en metal es bastante complejo y puede ser difícil de seguir. Es posible que desee consultar nuestra Guía definitiva para la impresión 3D de metales para obtener más información sobre la tecnología.

3. La impresión 3D de metal es adecuada solo para producciones de bajo volumen

La impresión 3D de metal es de hecho una tecnología de referencia cuando se busca producir pequeños volúmenes de piezas. Sin embargo, sus capacidades no terminan ahí. Algunas impresoras 3D de metal, en particular las que se basan en la tecnología de inyección de aglutinante, pueden acomodar lotes de piezas de tamaño mediano a grande.

Una empresa que ilustra esto es 3DEO. La empresa de impresión 3D de metal desarrolló una tecnología patentada de capas inteligentes, que le permite lograr una producción de alto volumen, repetible y automatizada para piezas metálicas.

El proceso aditivo de 3DEO se basa en tres pasos. Primero, la máquina esparce una fina capa de polvo metálico estándar de moldeo por inyección de metal (MIM). Luego rocía un aglutinante sobre toda la capa. Por último, utiliza una fresa de extremo CNC para definir con precisión la forma de la pieza en cada capa. Este enfoque híbrido permite a la empresa, que utiliza su tecnología como servicio, gestionar pedidos de 250.000 piezas al año.

Otro ejemplo es el sistema de producción de Desktop Metal, una máquina de inyección de aglutinante capaz de imprimir hasta 12.000 cm3 / h, lo que se traduce en más de 60 kg de piezas metálicas por hora. Dicha velocidad es órdenes de magnitud más rápida que la mayoría de las impresoras 3D de metal del mercado, lo que la hace ideal para producir piezas metálicas complejas en grandes volúmenes.

Como posibles alternativas a los métodos tradicionales como el mecanizado, estos métodos muestran que la industria está desarrollando soluciones para una impresión 3D de metal más rápida, llevando la tecnología a un nuevo ámbito de producción de mayor volumen.

4. Las aplicaciones de alta gama son las únicas aplicaciones que impulsan la demanda de impresión 3D en metal

De hecho, Metal AM se adoptó por primera vez para aplicaciones de alta gama en las industrias aeroespacial y médica. Sin embargo, con la proliferación de soluciones de impresión 3D de metal más asequibles, la gama de aplicaciones se ha expandido a piezas de repuesto, prototipos funcionales y herramientas personalizadas.

Curiosamente, la capacidad de la impresión 3D para mejorar los procesos de fabricación existentes con moldes, plantillas y accesorios producidos de forma aditiva se considera uno de los principales beneficios de la FA, según el reciente informe de EY.

Por ejemplo, la empresa de fabricación de herramientas, Built-Rite, está utilizando internamente el sistema Studio de Desktop Metal para producir componentes de ensamblaje de moldes de giro rápido. Studio System funciona calentando y extruyendo varillas de metal (polvo de metal y aglutinantes de polímero) dando forma a una pieza verde capa por capa, y luego la pieza se sinteriza en el horno apto para oficinas.

Este proceso permite a Built-Rite hacer los componentes un 90 por ciento más baratos y un 30 por ciento más rápidos que cuando se subcontrata, al tiempo que reduce el peso y, por lo tanto, el uso de material en un 40 por ciento.

Cuando se trata de la producción de repuestos, la AM de metal puede ayudar a abordar varios factores importantes de costos de reparación y posventa:inventarios altos, repuestos más antiguos que tienen menor demanda y repuestos obsoletos o que no se mueven en almacenes.

Claramente, los beneficios de la impresión 3D de metal van más allá de los costosos componentes médicos y aeroespaciales, ya que se convierte en una tecnología con una amplia gama de aplicaciones de gama baja.

5. Las piezas metálicas impresas en 3D son inferiores a las piezas metálicas convencionales

Muchos fabricantes no están seguros de si la calidad de las piezas metálicas impresas en 3D puede ser la misma que la de las piezas fabricadas convencionalmente. Este concepto erróneo ha surgido en gran parte debido a la novedad de la impresión 3D de metal, que aún debe demostrar su idoneidad para la producción de piezas de uso final.

En realidad, los adoptantes de tecnología ya han demostrado que la calidad de las piezas metálicas impresas en 3D es igual o incluso superior a la de las alternativas fabricadas de forma convencional. Es por eso que cada vez vemos más piezas de metal AM que se utilizan en sistemas críticos como motores de cohetes, intercambiadores de calor y varias piezas de turbinas.

Si bien lograr un flujo de trabajo de AM de metal calificado puede ser una tarea desafiante, los fabricantes están adoptando esta tecnología para finalmente cosechar los beneficios de componentes de metal de mejor desempeño, más livianos y más eficientes.

6. Las impresoras 3D de metal solo pueden imprimir piezas pequeñas

A medida que crece la demanda de piezas metálicas más grandes, la tecnología ha evolucionado para permitir la producción de componentes más grandes.

En 2020, la mayoría de las impresoras 3D, en particular las que se basan en la tecnología de inyección de aglutinante y lecho de polvo, crean piezas pequeñas, medidas en centímetros. Por ejemplo, en el caso de una tecnología PBF, en la que las capas de polvo metálico se funden mediante un rayo láser o de electrones, las piezas grandes son difíciles de crear debido a la acumulación de tensiones dentro de una pieza. Cuanto más grande es la pieza, mayores son los cambios de temperatura, que aumentan la tensión residual y el cambio de deformación de la pieza.

Es por eso que la producción de piezas más grandes a menudo se realiza mediante otras tecnologías de metal AM, como la deposición directa de energía y la fabricación aditiva de arco de alambre.

Por ejemplo, el fabricante de impresoras 3D de metal, Sciaky, ofrece algunas de las impresoras 3D de metal más grandes del mundo, impulsadas por su tecnología Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM). Sciaky posiciona su sistema AM como una alternativa más rápida y asequible a las piezas forjadas y fundidas a gran escala.

Una de sus impresoras 3D, la EBAM 150, tiene un impresionante volumen de construcción de 3708 x 1575 x 1575 mm. .

EBAM utiliza un proceso como la soldadura, donde se utiliza un haz de electrones para fundir metal en forma de alambre. Esto significa que la tecnología es adecuada para procesar una amplia gama de materiales soldables, desde titanio hasta Inconel y acero inoxidable.

Lockheed Martin es uno de los usuarios de la tecnología EBAM. La empresa aeroespacial lo aplicó para crear dos cúpulas gigantes para tanques de alta presión que transportan combustible a bordo de satélites. La tecnología permitió a Lockheed Martin imprimir en 3D dos domos, cada uno de 116 cm de diámetro, en tres meses en lugar de dos años, una enorme reducción del 87 por ciento en el tiempo de entrega.

Las capacidades de la impresión 3D de metal claramente van más allá de los componentes pequeños, desbloqueando la posibilidad de imprimir piezas a gran escala en 3D de una manera más rápida y flexible.

7. La reutilización del polvo metálico afecta negativamente a las propiedades del material de una pieza

El último concepto erróneo que discutiremos hoy es que la reutilización y el reciclaje del polvo en un proceso de PBF basado en láser impacta negativamente en las propiedades del material y conduce a piezas inferiores.

En PBF, una vez que se completa el proceso de impresión, el polvo sin fundir se recicla y luego se mezcla con polvo nuevo en una proporción específica. Sin embargo, los ingenieros, escépticos sobre el reciclaje de materiales, a menudo especifican una edad máxima del polvo y exigen a los proveedores de AM que desechen todo el polvo viejo.

Sin embargo, múltiples estudios demuestran que reutilizar y reciclar el polvo con los controles adecuados no solo tiene no tiene ningún efecto sobre las propiedades mecánicas, pero también permite que el PBF basado en láser sea un proceso de AM más eficiente y económico.

El proveedor de servicios de impresión 3D, Stratasys Direct Manufacturing, por ejemplo, realizó una investigación en profundidad sobre el impacto del reciclaje en las piezas fabricadas con superaleaciones a base de níquel. Al medir diferentes parámetros, como la tensión y el límite elástico de piezas impresas en 3D a partir de material reciclado, la investigación encontró que el reciclaje tiene poca o ninguna influencia en las propiedades de temperatura ambiente o elevada de Inconel 718 e Inconel 625.

En otro estudio, Renishaw, un fabricante de impresoras 3D de metal, ha realizado un total de 38 construcciones utilizando un polvo de aleación de titanio reciclado Ti6Al4V ELI (extrabajo intersticial). La compañía concluyó que los cambios en el polvo durante el período del estudio no fueron lo suficientemente significativos como para afectar la configuración de los parámetros del material, y no había evidencia que sugiriera que sería necesaria la eliminación del polvo.

Superar los conceptos erróneos sobre la impresión 3D en metal

A medida que la impresión 3D de metal continúa madurando, una de las formas de hacer que la tecnología sea más común es educar a las personas sobre las verdaderas capacidades y limitaciones de la tecnología.

En última instancia, armada con conocimientos actualizados, la industria de la fabricación de metales puede avanzar más rápido en el camino de la industrialización, desbloqueando la tecnología para mercados y aplicaciones más amplios.