Descripción general de la tecnología:cuándo realmente debería optar por la impresión 3D en metal

Desde sus inicios, la fabricación aditiva de metal ha llamado la atención de ingenieros y entusiastas de la tecnología por su enfoque ascendente poco convencional y el rumor que rodea lo que es capaz de hacer. ¿Es realmente ventajoso utilizar la fabricación aditiva para una pieza que se ha producido de forma fiable mediante procesos sustractivos durante años? Este artículo aborda esta cuestión y señala casos en los que la impresión 3D en metal puede ser una buena opción para la producción de piezas y cuando no.

Impresión 3D en metal (DMLS):descripción general del proceso

Las tecnologías de fabricación convencionales, como el mecanizado CNC, normalmente son procesos sustractivos, lo que significa que elimina 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 la sinterización directa de metal por láser (DMLS).

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

La máquina utiliza un láser óptico de alta potencia. Dentro del área de la cámara de construcción, hay una plataforma dispensadora de material y una plataforma de construcción junto con un rodillo que se usa para mover el polvo nuevo sobre la plataforma de construcción. La tecnología fusiona polvo de metal en una parte sólida al fundirlo localmente usando el rayo láser enfocado. Las piezas se construyen de forma aditiva capa por capa.

Casos cuando elegir impresión 3D en metal

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

Tu diseño es complejo

Cuando se trata de complejidad y libertad de diseño, la impresión 3D en metal tiene una gran ventaja sobre la convencional. Muchos diseños complejos no se pueden fabricar con tecnologías convencionales con tanta facilidad como con la impresión 3D. Echa un vistazo al siguiente ejemplo

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

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

Necesita prototipos de metal con urgencia

Si el número de piezas requeridas es menor, digamos de 1 a 5, o para la creación de prototipos, la FA de metal es mucho más ventajosa. Dado que el costo es casi el mismo para cada unidad agregada, es posible realizar una cantidad necesaria de cambios en la pieza. Se puede usar para la creación de prototipos:usaría la impresión 3D para hacer un prototipo y actualizar el prototipo hasta que se cumplan las características requeridas. Este es un paso crucial antes de llevar el producto a la producción en masa. También se puede utilizar 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 en lugar de piezas mecanizadas por CNC. El mecanizado CNC normalmente requiere más tiempo para almacenar materiales, configurar la máquina y obtener las herramientas adecuadas. Como resultado, puede tomar varias semanas tener la primera parte en la mano. Para la impresión 3D, incluso para DMLS, que es más complejo que los tradicionales, la pieza puede imprimirse bajo demanda y enviarse sin ningún aumento ni herramientas, lo que da como resultado un tiempo de entrega más corto en comparación con las tecnologías convencionales. La combinación del tiempo de entrega reducido y el proceso de creación de prototipos más eficiente reduce el tiempo de respuesta. Esta es una de las mayores ventajas de la impresión 3D en metal.

Quieres componentes ligeros y duraderos

Las industrias aeroespacial y médica naturalmente requieren piezas livianas pero duraderas. Se sabe que las súper aleaciones como Inconel 718, AlSi10Mg, cobalto-cromo son livianas en comparación con sus contrapartes mecanizadas convencionalmente. La fabricación de una pieza con estas aleaciones naturalmente las hace relativamente ligeras. Por ejemplo, las famosas boquillas de combustible impresas en 3D de GE para su familia de motores LEAP solían fabricarse con 20 piezas discretas provenientes de proveedores independientes, pero el uso de la sinterización directa de metal por láser (DMLS) resultó en un componente de una sola pieza que es un 25 por ciento más liviano y cinco veces más fuerte que las piezas originales. Haga clic aquí para obtener más información.

Te gustaría evitar el desperdicio de material

La impresión 3D es increíblemente eficiente desde el punto de vista de los recursos, ya que el único material que se consume es el que pasa por debajo del láser (o a través de la extrusora, etc.), mientras que el mecanizado CNC tradicional deja virutas y pequeñas piezas de metal que deben reciclarse. El hecho de que los fabricantes no tengan que producir tanto de un producto determinado para justificar los costos de instalación también reduce el desperdicio.

Desventajas de elegir la impresión 3D en metal

Además de las ventajas que posee la impresión 3D en metal sobre las tecnologías convencionales, hay algunas consideraciones en las que se recomienda preferir la última.

Acabado superficial granulado

La impresión 3D es un proceso aditivo, lo que significa que las superficies no serán tan suaves como con el mecanizado CNC y que no será tan fácil producir las texturas superficiales deseadas. Entonces, si la textura de la superficie es importante para usted, debe considerar el mecanizado CNC en su lugar. Sin embargo, hay muchas técnicas de posprocesamiento disponibles para eliminar estructuras de soporte, mejorar el acabado y mejorar la estética; el costo también aumenta en consecuencia.

Partes menos fuertes

Debido a la propia tecnología aditiva, las piezas metálicas impresas en 3D no pueden ser tan resistentes como las que se mecanizan a partir de un bloque de metal sólido. La resistencia final depende del diseño, el tamaño y el 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 las piezas mecanizadas por CNC.

Producción en serie costosa

Se vuelve más barato producir en masa a través del mecanizado CNC. La producción en masa sigue siendo un gran factor decisivo 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 compilación limitado

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

Selección de material limitada

Las opciones de fabricación convencionales, como el moldeo por inyección y el 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 desea que tenga su producto. A partir de ahora, en Xometry tenemos cinco polvos de metal/aleación compatibles con DMLS, mientras que si la pieza requerida necesita algún otro material, no hay otra opción además de los procesos de mecanizado tradicionales.

Resumen

No se puede decir que la impresión 3D de metal reemplace 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:

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