¿Es la extrusión de metal 3D el futuro de la manufactura aditiva?

La manufactura aditiva por extrusión de metal 3D está comenzando a establecerse en el mercado. Con un precio más accesible que otras tecnologías 3D, tiene el potencial de cambiar las cosas. Perfilamos a varios actores importantes en el espacio y sus reclamos de fama.

Con todas las noticias sobre impresión 3D de metal últimamente, es probable que al menos esté interesado, si no investigando activamente las opciones disponibles. Los fabricantes están usando tecnologías como sinterizado láser directo de metal y fusión por haz de electrones para imprimir todo, desde boquillas de combustible de motores a reacción hasta prótesis médicas, ¿por qué su taller no querría aprovechar la tecnología para prototipos, tooling y piezas de producción de bajo volumen?

Por un lado, las impresoras usadas para producir estas piezas, y miles de componentes metálicos similares, pueden ser costosas. Puede calcular $500,000 o más para una máquina de cama de polvo láser, más el software, capacitación y equipo auxiliar para respaldarla. El polvo metálico necesario para construir algo a menudo es propietario, al igual que los láseres usados para sinterizarlo en productos útiles.

Los nuevos niños de la extrusión de metal 3D en el bloque

No se desespere. Una nueva raza de impresoras 3D de metal ha entrado al mercado recientemente. Estas máquinas son mucho menos costosas, relativamente fáciles de usar y producen piezas metálicas totalmente densas adecuadas para aplicaciones de uso final. Existen varias tecnologías distintas con aproximadamente una docena de fabricantes de equipos que ofrecen sus propias alternativas únicas a los sistemas tradicionales de cama de polvo. Aquí hay algunos ejemplos.

¿Es la manufactura aditiva 3D viable a pesar de su bombo? Lea "El caso de la impresión 3D en la manufactura" para saber más.

Perfiles de extrusión de metal 3D: Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

La impresora Metal X de Markforged usa una manufactura aditiva por difusión atómica propietaria, o tecnología "ADAM", para imprimir piezas de acero inoxidable 17-4 PH o 303 con aluminio, Inconel, titanio y otros planificados.

La tecnología funciona extruyendo cilindros en forma de varilla de metal en polvo previamente mezclado con un aglutinante plástico a través de una boquilla para crear capas de pieza de 50 μm (0,002 pulg.) de espesor. Cuando está completa, la pieza "verde" se envía a través de una estación de lavado para remover parte del material aglutinante y luego se coloca en un horno que quema el aglutinante restante y fusiona las partículas de metal. Con un precio alrededor de $100,000 para un sistema completo, los costos de manufactura son reportadamente hasta 10 veces menos que tecnologías aditivas de metal alternativas y hasta 100 veces menos que el mecanizado.

Perfil de extrusión de metal 3D: Desktop Metal, Digital Metal

Desktop Metal ofrece dos impresoras 3D de metal, el Studio System y el Production System. El Studio System es una impresora "amigable para oficina" que emplea un proceso de extrusión no muy diferente al usado por Markforged. Su proceso patentado de deposición de metal ligado imprime 17-4 PH, 316L, Inconel y otros polvos similares a los usados en el moldeo por inyección de metal de décadas de antigüedad, pero ligados en una mezcla de polímero. Espesores de capa de 50 μm (0,002 pulg.) y velocidades de construcción de 16 cm³/hr (1 pulg³/hr) son posibles. Aquí de nuevo, las piezas se lavan en una estación de desligado antes de ser sinterizadas en un horno a temperaturas de hasta 1400 °C (o 2552 °F). Desktop Metal también reclama ser 10 veces menos costoso que las impresoras 3D de metal basadas en láser.

Con velocidades de construcción de hasta 8200 cm³/hr (500 pulg³/hr), el Production System de Desktop Metal se dice que es 100 veces más rápido que las impresoras de metal basadas en láser y está claramente diseñado para producción en masa. Usando 32,000 chorros y un esparcidor de polvo bidireccional, su tecnología de inyección de paso único deposita millones de gotas por segundo de fluido aglutinante en cada capa de polvo. También tiene agentes anti-sinterizado para hacer que las estructuras de soporte sean más fáciles de remover después. Las piezas "marrones" se fusionan luego en un horno justo por debajo de la temperatura de fusión del metal para producir un producto totalmente denso.

Aunque no disponible comercialmente hasta 2019, el costo de aproximadamente $400,000 del Production System se acerca a las impresoras de cama de polvo láser, pero se dice que ofrece un costo por pieza comparable al de fundiciones de metal, al menos hasta 100,000 piezas.

¿Quiere profundizar en aditivo 3D? Consulte "Los desafíos y soluciones únicos en la impresión 3D de metal".

Perfil de extrusión de metal 3D: Digital Metal

La DM P2500 de Digital Metal es otra impresora 3D de metal que usa tecnología de inyección de aglutinante. Como parte del Grupo Höganäs de Suecia, un proveedor líder de polvos metálicos, Digital Metal dice que sus máquinas han producido más de 200,000 componentes 3D impresos de alta calidad para las industrias aeroespacial, automotriz, médica y otras. Espesores de capa de 42 µm (0,0016 pulg.) son posibles, al igual que resolución de características de 35 μm (0,0014 pulg.). Las velocidades de construcción son cercanas a la del Studio System de Desktop Metal a 100 cm³/hr (6 pulg³/hr), aunque se dice que la DM P2500 logra detalles extremadamente finos y acabados superficiales de "grado médico".

Hay muchos otros sistemas y tecnologías disponibles. El fabricante de máquinas AM ExOne, por ejemplo, ofrece una variedad de máquinas y materiales de inyección de aglutinante que van desde bronce hasta tungsteno. Vader Systems usa un campo electromagnético para construir piezas de metales licuados. La manufactura aditiva de pellets de Pollen AM usa materia prima MIM que es hasta 5 veces menos costosa que los sistemas basados en polvo existentes.

Aunque las impresoras 3D de metal basadas en láser tienen su lugar, estas alternativas ofrecen varias ventajas: Como no hay el estrés térmico como en los sistemas basados en láser, las estructuras de soporte necesarias para sostener las piezas durante el proceso de construcción pueden simplificarse o incluso eliminarse. Esto permite que toda la cámara de construcción se llene, lo que significa que cientos o incluso miles de piezas pequeñas pueden procesarse en una sola operación desatendida.

Las estructuras de soporte que se usan son típicamente más fáciles de remover, lo que puede eliminar la necesidad de operaciones de mecanizado secundario o acabado a mano. Dado que los metales son los mismos que los usados con MIM, las aprobaciones de supervisión aeroespacial y médica son mucho más fáciles de obtener. No hay necesidad de gases argón o nitrógeno como en los sistemas basados en láser, ni preocupaciones sobre un haz láser provocando una explosión en una atmósfera llena de polvo de aluminio o titanio.

¿Se ha aventurado en la manufactura aditiva e impresión 3D? ¿Cómo ha sido su experiencia?