Impresión 3D de metal: Saber cuándo es la opción correcta

Desde su inicio, la fabricación aditiva de metal ha captado la atención de ingenieros y entusiastas de la tecnología por su enfoque bottom-up no convencional y el revuelo en torno a lo que es capaz. ¿Es realmente ventajoso usar fabricación aditiva para una pieza que se ha producido de forma fiable mediante procesos sustractivos durante años? Este artículo discute esta cuestión y señala casos en los que la impresión 3D de metal puede ser una buena opción para la producción de piezas y cuándo no.

Impresión 3D de metal (DMLS): visión general del proceso

Las tecnologías de fabricación convencionales como el mecanizado CNC son normalmente procesos sustractivos, lo que significa que eliminan material para dar forma a un producto, mientras que la tecnología de impresión 3D de metal es aditiva. Una de las tecnologías de impresión 3D de metal más comunes y populares es el sinterizado láser directo de metal (DMLS).

El proceso típico DMLS comienza rebanando los datos del archivo CAD del diseño 3D en capas extremadamente finas, generando efectivamente un modelo 2D para cada capa.

La máquina usa un láser óptico de alta potencia. Dentro del área de la cámara de construcción, hay una plataforma de dispensación de material y una plataforma de construcción junto con un rodillo usado para mover nuevo polvo sobre la plataforma de construcción. La tecnología fusiona polvo de metal en una pieza sólida fundiéndolo localmente usando el haz láser enfocado. Las piezas se construyen aditivamente capa por capa.

Casos en los que elegir impresión 3D de metal

La impresión 3D de metal viene con su propio conjunto de ventajas sobre el mecanizado tradicional. Enumeramos aquí algunos casos en los que vale la pena considerar la impresión 3D de metal sobre el mecanizado CNC.

Su diseño es complejo

Cuando se trata de complejidad de diseño y libertad, la impresión 3D de metal tiene una gran ventaja sobre lo convencional. Muchos diseños complejos no pueden fabricarse con tecnologías convencionales con la misma facilidad que con la impresión 3D. Vea el ejemplo a continuación.

Este tipo de diseño complejo puede ser muy difícil de mecanizar con tecnologías convencionales, incluso usando máquinas CNC de 5 ejes.

Otra ventaja aquí es el bajo coste de la complejidad. Crear piezas mecánicas complejas mediante fabricación tradicional requiere precisión y habilidad, especialmente para el ensamblaje de piezas complejas, lo que significa que el precio aumenta con la complejidad. No es el caso con la impresión 3D, que crea una pieza completa en un solo proceso, en lugar de crear cada componente antes de ensamblar. Por tanto, no hay coste añadido por complejidad.

Necesita urgentemente prototipos de metal

Si el número de piezas requerido es bajo, digamos 1 a 5 o para prototipado, la fabricación aditiva de metal es mucho más ventajosa. Dado que el coste es casi el mismo para cada unidad añadida, es posible hacer la cantidad necesaria de cambios en la pieza. Puede usarse para prototipado: usaría impresión 3D para hacer un prototipo y actualizarlo hasta que se cumplan las características requeridas. Este es un paso crucial antes de llevar el producto a producción en masa. También puede usarse durante el resto del proceso de fabricación, para crear piezas únicas que respondan mejor a sus necesidades.

Además, puede ser más rápido obtener impresiones 3D de metal que piezas mecanizadas por CNC. El mecanizado CNC normalmente requiere más tiempo para almacenar materiales, configurar la máquina, obtener el utillaje adecuado. Como resultado, pueden pasar varias semanas para tener la primera pieza en mano. Para impresión 3D, incluso para DMLS que es más compleja que las tradicionales, la pieza puede imprimirse bajo demanda y enviarse sin ninguna puesta a punto ni utillaje, resultando en plazos de entrega más cortos comparado con tecnologías convencionales. La combinación del plazo reducido y el proceso de prototipado más eficiente reduce el tiempo de respuesta. Esta es una de las mayores ventajas de la impresión 3D de metal.

Quiere componentes ligeros y duraderos

Las industrias aeroespacial y médica requieren naturalmente piezas ligeras pero duraderas. Superaleaciones como Inconel 718, AlSi10Mg, Cobalto-cromo son conocidas por ser ligeras comparadas con sus contrapartes mecanizadas convencionalmente. Fabricar una pieza con estas aleaciones naturalmente las hace comparativamente ligeras. Como ejemplo, las famosas boquillas de combustible impresas en 3D de GE para su familia de motores LEAP solían hacerse de 20 piezas discretas de proveedores independientes, pero usando sinterizado láser directo de metal (DMLS) resultó en un componente de una sola pieza que es un 25% más ligera y cinco veces más fuerte que las piezas originales. Haga clic aquí para saber más.

Le gustaría evitar el desperdicio de material

La impresión 3D es increíblemente eficiente en recursos ya que el único material consumido es el que pasa bajo el láser (o a través del extrusor, etc.), mientras que el mecanizado CNC tradicional deja virutas y pequeños trozos de metal que deben reciclarse. El hecho de que los fabricantes no tengan que producir tanto de un producto dado para justificar los costes de configuración también reduce el desperdicio.

Desventajas de elegir impresión 3D de metal

Aparte de las ventajas que la impresión 3D de metal posee sobre tecnologías convencionales, hay algunas consideraciones donde se aconseja preferir lo último.

Acabado superficial granuloso

La impresión 3D es un proceso aditivo, lo que significa que las superficies no serán tan suaves como con el mecanizado CNC, y no será tan fácil producir las texturas superficiales deseadas. Por tanto, si la textura superficial es importante para usted, debería considerar el mecanizado CNC. No obstante, hay muchas técnicas de post-procesado disponibles para eliminar estructuras de soporte, mejorar el acabado y mejorar la estética, el coste también aumenta en consecuencia.

Piezas menos resistentes

Debido a la propia tecnología aditiva, las piezas de metal impresas en 3D no pueden ser tan fuertes como las mecanizadas a partir de un bloque de metal sólido. La resistencia final depende del diseño, tamaño y material, pero en general la resistencia a la compresión de las impresiones 3D de metal es en promedio un 40-50% menor que la de piezas mecanizadas por CNC.

Producción en serie costosa

Se vuelve más barato producir en masa mediante mecanizado CNC. La producción en masa sigue siendo un factor decisivo enorme en todas las industrias y aquí es donde la impresión 3D se queda atrás y la velocidad a la que una impresora 3D puede ensamblar un objeto a menudo palidece en comparación con la línea de ensamblaje tradicional.

Volumen de construcción limitado

Cuando se requiere un tamaño de pieza grande, siempre es mejor optar por mecanizado CNC. Por ejemplo, el tamaño máximo de pieza que se logra con DMLS es 250 x 250 x 325 mm y para mecanizado CNC, es 2000 x 800 x 1000 mm. La comparación de tamaños muestra claramente la incapacidad de la impresión 3D para fabricar piezas enormes debido a su tamaño limitado de cama de polvo.

Selección de materiales limitada

Las opciones de fabricación convencionales como moldeo por inyección y mecanizado CNC pueden ofrecer una amplia selección de materiales. Cuando se trata de impresión 3D de metal, la selección de materiales es menor, lo que puede ser un factor limitante cuando se necesitan materiales específicos para la pieza requerida y debe tenerse en cuenta al decidir qué propiedades técnicas quiere que tenga su producto. Actualmente en Xometry tenemos cinco polvos de metal/aleación que soportan DMLS, mientras que si la pieza requerida necesita algún otro material, no hay otra opción aparte de los procesos de mecanizado tradicionales.

Resumen

No se puede decir que la impresión 3D de metal reemplace a las tecnologías de fabricación tradicionales en todos los aspectos, ya que ambas tienen su propio conjunto de ventajas donde brillan y desventajas donde no. Aquí hay un breve resumen de cuáles son los puntos fuertes de ambas tecnologías:

Impresión 3D de metal	Mecanizado CNC
Plazo de entrega más rápido	Producción en masa
Prototipado y producción de bajo volumen	Estructura superficial sólida
Facilidad para lograr diseños complejos	Uso de materiales y necesidad de características técnicas no disponibles con impresión 3D
Reducción de desperdicio	Piezas de gran tamaño
Personalización y adaptabilidad	Piezas fuertes

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