Impresión 3D de metal vs. moldeo por inyección de metal: cómo elegir el proceso adecuado para tu proyecto

El auge de la impresión 3D comercial ha generado una serie de conceptos erróneos comunes sobre el proceso. Por ejemplo, muchos creen que los procesos de fabricación aditiva solo pueden utilizar plásticos. En realidad, los ingenieros también pueden crear piezas impresas en 3D utilizando metales.

Para proyectos que involucran metales, los ingenieros deben familiarizarse con las ventajas y desventajas tanto del moldeo por inyección de metal (MIM) como de la impresión 3D de metal. Un análisis más detallado de ambos procesos revela que la impresión 3D de metal ofrece una sorprendente gama de beneficios. A continuación, se presentan las diferencias clave, además de consideraciones importantes, para los ingenieros.

Moldeo por inyección de metal (MIM)

El moldeo por inyección de metal (MIM) combina el moldeo por inyección de plástico con la metalurgia de polvos y requiere cuatro etapas: preparación de la materia prima, moldeo, desligado y sinterizado.

Primero, los polvos metálicos finos se combinan con material termoplástico y aglutinantes de cera y luego se granulán en pequeños pellets. Estos pellets se calientan e inyectan en una cavidad del molde. Después del moldeo, el aglutinante se elimina del polvo metálico, resultando en una "pieza marrón", que pasa a la etapa de sinterizado. El ciclo del horno generalmente implica varias etapas. La pieza marrón se calienta a una temperatura relativamente baja para quemar cualquier aglutinante restante, luego se sinteriza a una temperatura cercana al punto de fusión del metal. El polvo metálico se densifica para producir el producto final.

Aplicaciones

Los ingenieros recurren al MIM cuando necesitan producir piezas, particularmente pequeñas o complejas, que no pueden fabricarse eficientemente con ningún otro proceso. Dado que solo se requiere un molde para fabricar una pieza con MIM, este proceso también es altamente repetible y produce piezas uniformes en tamaño, forma y resistencia.

Las piezas MIM tienen una amplia gama de aplicaciones en los principales sectores comerciales e industriales, desde la automoción hasta la aeroespacial. Las aplicaciones comunes incluyen bisagras de componentes de gafas, cajas de relojes, bisagras de portátiles e instrumentos médicos de precisión.

Beneficios

El MIM es un método eficiente para producir un alto volumen de piezas pequeñas y complejas. Las piezas terminadas tienen un acabado superficial suave y son relativamente resistentes para su tamaño, a menudo logrando una densidad superior al 95 %. El MIM es compatible con una amplia variedad de materiales que pueden descomponerse en forma de polvo y son adecuados para el sinterizado. En su mayoría, son aceros.

Limitaciones

Desafortunadamente, el moldeo por inyección de metal viene con numerosas limitaciones, principalmente debido a los moldes requeridos para producir piezas MIM. Los moldes MIM pueden costar entre 50.000 y 100.000 dólares, lo que podría ser prohibitivamente caro para tiradas de producción de bajo volumen. A menudo, el MIM tiene sentido financiero para volúmenes anuales superiores a 50.000 unidades con un largo ciclo de vida de producción.

Además, el moldeo por inyección de metal plantea importantes desafíos de diseño para los ingenieros. Los diseños de moldes no se cambian fácilmente y todavía existen limitaciones significativas en cuanto a la forma. Por ejemplo, la pieza no puede tener grandes voladizos, ya que debe ser expulsada de la cavidad. El espesor de la pared presenta otro desafío de diseño debido al desligado. Si las paredes de la pieza son demasiado gruesas, puede ser imposible extraer la cera del centro. Los diseñadores y gerentes de proyecto deben tener en cuenta estas consideraciones si planean utilizar el moldeo por inyección de metal para su proyecto. De lo contrario, podrían verse obligados a realizar ajustes costosos más adelante en el proceso de fabricación.

Impresión 3D de metal

La impresión 3D de metal ofrece muchas ventajas que otros procesos, incluido el MIM, no pueden igualar. Un tipo de impresión 3D de metal es la fusión por lecho de polvo láser (L-PBF), a veces conocida como DMLS, que es un proceso de impresión que produce piezas a partir de polvo metálico.

Durante este proceso, una cámara se prepara con un gas inerte como argón para minimizar la oxidación. Una capa delgada de polvo metálico se extiende sobre la plataforma de construcción y luego un láser funde el polvo en pequeñas secciones; el proceso se repite hasta que la pieza se construye completamente. El exceso de polvo se elimina después de que la pieza se enfría. A partir de ahí, la pieza se alivia de tensiones, se desprende de la placa de construcción y luego se trata térmicamente si es necesario.

Aplicaciones

Las piezas fabricadas con el proceso L-PBF son ideales para aplicaciones industriales y piezas de ingeniería de alto rendimiento para uso final. Los casos de uso comunes incluyen motores a reacción, palas de turbinas, equipos médicos y generadores de energía. Este proceso es compatible con una lista creciente de aleaciones metálicas e incluso algunos metales preciosos como el oro y el platino. También existen otros procesos de impresión 3D de metal que son más adecuados para aplicaciones con menos regulaciones y requisitos de rendimiento crítico, como el chorro de aglutinante metálico y la extrusión metálica.

Beneficios

Los ingenieros recurren a la impresión 3D de metal cuando necesitan crear piezas especializadas que requieren alta resistencia y durabilidad, resistencia química y acceso a características de diseño únicas. A diferencia del moldeo por inyección de metal, la impresión 3D de metal ofrece a los ingenieros una gran cantidad de libertad de diseño. La impresión 3D de metal no utiliza moldes, por lo que los ingenieros no están sujetos a ciertas limitaciones de forma, y cambiar el diseño de una pieza es tan simple como actualizar el diseño en una computadora. Hacer un diseño más complejo no contribuirá a costos de producción adicionales.

Limitaciones

Dicho esto, la impresión 3D de metal tiene su propio conjunto de desafíos. El tamaño de construcción está limitado debido a las estrictas condiciones de fabricación y controles de proceso requeridos. Además, los costos iniciales de la impresión 3D de metal para una máquina de grado industrial pueden dispararse a millones, sin tener en cuenta el costo de los materiales. Sin embargo, el alto precio puede ser una inversión valiosa para los ingenieros que buscan una flexibilidad de diseño inigualable y una gran resistencia mecánica.

Comienza con la impresión 3D de metal

El moldeo por inyección de metal es adecuado para crear piezas pequeñas y complejas que son sorprendentemente resistentes para su tamaño. Sin embargo, la impresión 3D de metal supera a este proceso en muchas áreas clave. La impresión 3D de metal ofrece más versatilidad de diseño y las piezas fabricadas con este proceso pueden optimizarse para alta resistencia, durabilidad y resistencia química.

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