Sinterizado láser directo de metal (DMLS): Tecnología avanzada de impresión 3D para piezas metálicas funcionales

El sinterizado láser directo de metal (DMLS) pertenece a la categoría de fusión de lecho de polvo (PBF) de impresión 3D y es similar a la tecnología SLS. En DMLS, sin embargo, se usan polvos de metal en lugar de polvos plásticos para crear piezas metálicas que pueden usarse tanto para prototipos funcionales como para piezas de producción.

La tecnología de sinterizado láser directo de metal es similar a la tecnología de fusión selectiva por láser (SLM), pero la diferencia entre ambos procesos es la temperatura usada para la fusión de polvo de metal. SLM, como su nombre indica, calienta el polvo de metal hasta que se funde completamente en líquido. DMLS no funde el polvo de metal sino que sinteriza partículas de calor lo suficiente para que sus superficies se suelden. De todos modos, ambos términos (SLM y DMLS) se usan a menudo indistintamente en la industria de impresión 3D.

¿Cómo funciona DMLS?

El proceso de sinterizado láser directo de metal involucra seis pasos básicos:

• Paso 1 – El proceso DMLS comienza rebanando los datos del archivo CAD del diseño 3D en capas extremadamente finas, generando un modelo 2D para cada capa
• Paso 2 – La máquina usa un láser óptico de alta potencia, dentro del área de la cámara de construcción que contiene gas inerte
• Paso 3 – 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 capa por capa
• Paso 4 – Al colocar el polvo en la plataforma de construcción, el láser comienza su camino para esta capa, sinterizando selectivamente el polvo en un sólido. La secuencia de adición de capa de polvo y sinterizado continúa hasta que toda la pieza está hecha
• Paso 5 – Después del enfriamiento, el polvo metálico suelto circundante se retira de la impresora. Los pasos finales incluyen eliminación de estructuras de soporte y otros post-procesos
• Paso 6 – Las piezas DMLS pueden tratarse como piezas metálicas producidas por trabajo de metal convencional para procesamiento adicional. Esto puede incluir mecanizado, tratamiento térmico o acabado superficial.

Materiales para impresión 3D DMLS

Entre los materiales más generalmente usados para DMLS, Xometry ofrece:

• Aluminio: como AlSiMG
• Acero: como Tool Steel MS1, Acero inoxidable 17-4, Acero inoxidable 316L
• Inconel: como Inconel 718

Ventajas de la tecnología DMLS

En cuanto a DMLS, estos son los factores más importantes que la hacen destacar:

DMLS permite diseños complejos

Una ventaja principal de DMLS es la capacidad de fabricar piezas que no pueden o son demasiado costosas de hacer usando técnicas de fabricación tradicionales. El potencial completo de DMLS se ve cuando los ingenieros diseñan piezas con geometrías complejas, como características de fijación integradas, canales largos y estrechos o estructuras de malla. DMLS facilita ensamblajes todo en uno que reducen el número de piezas, tiempo de ensamblaje y tasa de fallos al combinar múltiples piezas en un solo diseño.

Plazo de entrega rápido

El proceso convencional normal requiere mucho tiempo para configurar la herramienta antes de la fabricación, lo que implica utillajes y fijaciones, mientras que en DMLS la pieza puede imprimirse bajo demanda sin ninguna puesta a punto ni utillaje, resultando en plazos de entrega más cortos comparado con mecanizado CNC. La combinación del plazo reducido y el proceso de prototipado eficiente reduce el tiempo de respuesta. Esta es una de las mayores ventajas de DMLS.

DMLS usa componentes ligeros y duraderos

Las piezas fabricadas con superaleaciones como Inconel 718, AlSi10Mg y Cobalto-cromo, son conocidas por ser ligeras comparadas con sus contrapartes mecanizadas convencionalmente. 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.

DMLS permite menos desperdicio

Los polvos de metal no tocados por el láser pueden reciclarse y reutilizarse. El reciclaje de polvo también resulta en precios reducidos. El desperdicio producido es significativamente menor comparado con un proceso convencional como CNC donde se genera mucho desperdicio en forma de virutas producidas como resultado de mecanizar un metal según un diseño requerido a partir de un bloque de metal y son muy difíciles de reciclar.

Consideraciones sobre la tecnología DMLS

Aparte de las ventajas de DMLS, hay algunas consideraciones. El mayor competidor de DMLS serían las tecnologías de mecanizado tradicionales como CNC.

DMLS necesita estructuras de soporte

Dado que DMLS pertenece a la categoría de fusión basada en polvo, las estructuras de soporte son inevitables y deben eliminarse al final con la ayuda del post-procesado. Durante el post-procesado, la pieza impresa en metal se trata similar a una pieza de metal en bruto fabricada convencionalmente, lo que significa que la pieza fabricada por DMLS no está lista para usar y necesita algo de trabajo.

Las piezas DMLS tienen un acabado superficial granuloso

Las superficies impresas en DMLS no serán tan suaves como las superficies con mecanizado CNC, y no será tan fácil producir las texturas superficiales deseadas. Si el post-procesado necesita hacerse para mejorar el acabado y la estética, el coste también aumenta en consecuencia.

Producción en serie costosa de piezas DMLS

La producción en masa sigue siendo un factor decisivo enorme en todas las industrias y aquí es donde DMLS se queda atrás comparado con técnicas tradicionales y la velocidad a la que una impresora 3D puede ensamblar un objeto no tiene parangón con la línea de ensamblaje convencional. Por tanto, DMLS se recomienda principalmente para una unidad a un lote pequeño.

Selección limitada de materiales

Generalmente, para 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.

Volumen de construcción limitado

Cuando se requiere un tamaño de pieza grande, siempre es mejor optar por mecanizado CNC. Por ejemplo, el tamaño de pieza estándar recomendado con DMLS es de hasta 250 x 250 x 325 mm y para mecanizado CNC, es de hasta 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.

Contracción y repetibilidad limitada

Con DMLS es muy difícil producir piezas idénticas debido al proceso natural de contracción. Por ejemplo, una pieza impresa por primera vez y una pieza similar impresa por décima vez tendrán al menos un 2% de error en la dirección vertical (dirección Z), llevando a contracción. Los cambios dimensionales son causados como resultado de una combinación de tres fuentes: contracción térmica, contracción por sinterizado y expansión que surge porque las partículas de metal caen durante el sinterizado.

Servicios de impresión 3D DMLS de Xometry

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