Comparación de tecnologías de impresión 3D en metal
Al considerar la adopción de la impresión 3D en metal, comprender las diferentes tecnologías disponibles en el mercado puede ayudar a las organizaciones a determinar qué tipos de impresoras satisfacen mejor sus necesidades específicas de fabricación.
Si bien las tecnologías de impresión 3D de metal utilizan un medio a base de polvo y un evento de alta energía, cada uno de estos procesos transforma el polvo en piezas metálicas sólidas de una manera completamente única.
Lea esta publicación de blog para conocer los tres tipos principales de tecnologías de impresoras de metal 3D:metal FFF (Fabricación de filamentos fundidos), fusión en lecho de polvo y inyección de aglutinante. Esta publicación cubrirá cómo funciona cada tipo de impresora 3D de metal, sus diferenciadores y consideraciones únicos, perspectivas actuales y perspectivas a largo plazo.
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Fabricación de filamentos de metal fundido (extrusión de polvo enlazado)
Metal FFF es la tecnología de fabricación aditiva de metales más accesible y segura del mercado actual.
Cómo funciona Metal FFF
Este proceso utiliza materia prima en polvo ligada hecha de medios de moldeo por inyección de metal (polvo de metal unido en polímeros cerosos). Utiliza un sistema de desaglomerado y un horno de sinterización.
Metal FFF es un proceso de tres pasos. Utiliza polvo ligado y sinterización , un proceso de alta energía que convierte las piezas impresas en 3D utilizando un medio de polvo metálico completamente en un metal sólido:
Diferenciadores
- Asequibilidad. La propiedad de una impresora FFF de metal es una inversión significativamente menor para poseer y operar que otras impresoras de metal.
- Seguridad. El filamento de metal para impresora 3D que consiste en polvo unido es relativamente seguro de usar, y las máquinas se pueden usar de manera efectiva con un mínimo de capacitación y EPP.
- Alto rendimiento de la primera parte. Esto se logra mediante el uso de un proceso de sinterización a granel, que introduce menos tensiones internas que la sinterización selectiva.
- Amplia disponibilidad de material. En el futuro, existe la posibilidad de una compatibilidad de estados futuros aún más amplia. Los tipos de metal de las impresoras 3D industriales pueden incluir exóticos y aleaciones.
Consideraciones
- No optimizado para piezas sólidas. Normalmente, las máquinas imprimen piezas con relleno de celda cerrada. Si bien la FFF de metal puede imprimir piezas sólidas, esto puede aumentar los tiempos de impresión o limitar la variedad de piezas que se pueden fabricar.
- Cerca de piezas con forma de red. Si bien las piezas se pueden posprocesar para alcanzar tolerancias estrictas si es necesario, el proceso FFF de metal generalmente imprime piezas con forma cercana a la red.
Perspectiva actual
Metal FFF está madurando rápidamente, y las máquinas aún son más capaces y fiables. Las nuevas funciones amplían continuamente la base de aplicaciones. Muchas industrias están aprovechando aplicaciones de vanguardia con metal FFF.
Vista a largo plazo
A medida que el metal FFF continúe madurando, más materiales y capacidades continuarán diversificando las aplicaciones para las que se puede utilizar la tecnología. Las impresoras Metal FFF se convertirán en un elemento habitual en las instalaciones de fabricación debido a su asequibilidad, accesibilidad y versatilidad al imprimir en 3D piezas metálicas con diseños complejos.
Fusión de lecho de polvo
Cómo funciona Powder Bed Fusion
Un láser montado en un pórtico traza el camino de una capa determinada, fusionando con precisión el polvo metálico.
1. Un sistema de distribución de polvo empuja una nueva capa de polvo suelto sobre la pieza formada.
2. El láser fusiona la siguiente capa y el proceso se repite.
3. Después de la impresión, las piezas se quitan el polvo y se procesan posteriormente según sea necesario.
Diferenciadores
- Puede imprimir piezas especializadas. Esto incluye geometrías ultracomplejas, piezas grandes y piezas grandes totalmente densas.
- Tecnología madura. Como resultado, existe una gran selección de materiales y varios actores de la industria que ofrecen una amplia selección de máquinas.
Consideraciones
- Precio. La fusión en lecho de polvo sigue siendo cara, y las etiquetas de precio de las impresoras 3D de metal para esta tecnología suelen ascender a más de 500.000 dólares para adquirir e instalar.
- Operaciones. Requiere un operador capacitado para funcionar, un espacio aislado significativo en un piso de fabricación y costosos equipos de protección personal (PPE) y modificaciones de las instalaciones. Estos aumentan el costo de impresión 3D de metal.
- Marcando en piezas refinadas. Las piezas de metal impresas en 3D complejas requerirán muchas iteraciones para obtener una impresión correcta y precisa. El proceso produce tensiones internas que pueden provocar grietas y deformaciones. Sin embargo, se pueden imprimir piezas de alta calidad una vez que se marcan los parámetros de impresión y diseño.
Perspectiva actual
La fusión en lecho de polvo sigue siendo el líder del mercado en la industria de la impresión 3D de metales. Hay una pequeña cantidad de actores líderes en la industria con capacidades avanzadas y una clase de nuevos participantes que intentan satisfacer un nicho específico u ofrecer una solución más competitiva en costos. Las industrias conocidas por sus aplicaciones ultra especializadas y de alto rendimiento han liderado el camino en la adopción de la fusión en lecho de polvo, incluida la industria aeroespacial, automotriz y médica.
Vista a largo plazo
Se espera que una adopción más amplia impulse aplicaciones aún más innovadoras de la tecnología de fusión en lecho de polvo. A medida que más industrias comiencen a aprovechar esta tecnología de impresión de metales en 3D, surgirán más aplicaciones distintas. Una mayor competencia ayudará a impulsar máquinas más accesibles.
Inyección de aglutinante
El chorro de aglutinante utiliza aglutinantes de polímeros líquidos especializados para formar piezas uniendo el metal suelto. Este proceso crea piezas ligeramente unidas que se pueden sinterizar en lotes. La inyección de aglutinante, que es una tecnología emergente, tiene un gran potencial y es una tecnología en desarrollo digna de observar.
Cómo funciona
La inyección de aglutinante utiliza un proceso de dos pasos, que incluye polvo suelto y sinterización posterior a la impresión:
- Durante este proceso de impresión de metales en 3D, un cabezal de impresión tipo inyección de tinta deposita con precisión un aglutinante especializado sobre una cama de polvo metálico. Después de que se imprime cada capa, la máquina deposita más polvo en la parte superior de una manera similar a la fusión en lecho de polvo, repitiendo el proceso de impresión y extensión hasta que se construyen las piezas.
- Las partes frágiles primero se despojan cuidadosamente y luego se sinterizan, quemando el aglutinante y fusionándolos en partes completamente metálicas.
Diferenciadores
- Velocidades de impresión rápidas. El proceso de impresión es extremadamente rápido y puede fabricar muchas piezas simultáneamente.
- Precisión. Los cabezales de inyección de tinta precisos se prestan bien para crear piezas complejas y características intrincadas.
Consideraciones
- Seguridad y manejo. El uso de polvo suelto conlleva problemas de seguridad y manipulación.
- Precio. El costo mínimo de adquisición es de al menos $ 300 mil. Los precios pueden subir a más de 2 millones de dólares.
- Porosidad de la pieza. No se ha demostrado que este proceso tenga propiedades mecánicas fiables y repetibles a gran escala.
- Tamaño de la pieza y restricciones de diseño. Aún se desconoce mucho sobre el tamaño y la complejidad de las piezas que las máquinas de inyección de aglomerante pueden producir de manera eficaz.
- Durabilidad de las piezas verdes. Después de la impresión, la resistencia del metal impreso en 3D es muy baja, lo que potencialmente puede afectar el rendimiento y las limitaciones de las piezas.
- Repetibilidad. Si puede imprimir piezas metálicas en 3D de forma precisa y repetida con esta tecnología, es una pregunta sin respuesta.
Perspectiva actual
La inyección de aglutinante es todavía una tecnología en desarrollo, con solo unos pocos fabricantes en el espacio. Si bien los principales actores están invirtiendo en la tecnología, no hay muchos usuarios reales.
Vista a largo plazo
Algunos analistas de la industria predicen que la inyección de aglutinante podría ser el futuro de la producción en masa cuando se impriman piezas funcionales en metal en 3D. Sin embargo, estas proyecciones dependen de si los fabricantes encuentran respuestas a las preguntas técnicas clave que enfrenta el proceso.
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