Cuándo usar la impresión 3D de metal frente al moldeo por inyección de metal (MIM)

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

Para proyectos que involucren 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. Una mirada más cercana a los dos procesos muestra que la impresión 3D en metal ofrece una sorprendente gama de beneficios. Estas son las diferencias clave, además de las consideraciones clave, para los ingenieros.

Moldeo por inyección de metales (MIM)

El moldeo por inyección de metal (MIM) combina el moldeo por inyección de plástico con la pulvimetalurgia y requiere cuatro etapas:preparación de la materia prima, moldeo, desaglomerado y sinterización.

Primero, los polvos metálicos finos se combinan con material termoplástico y aglutinantes de cera y luego se granulan en pequeños gránulos. Estos gránulos luego se calientan y se inyectan en una cavidad de molde. Después del moldeado, el aglutinante se elimina del polvo de metal, lo que da como resultado una "parte marrón", que pasa a la etapa de sinterización. El ciclo del horno implica típicamente una serie de etapas. La parte 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 de metal se densifica para producir el producto final.

Aplicaciones

Los ingenieros recurren a MIM cuando necesitan producir piezas, en particular piezas pequeñas o complejas, que no se pueden fabricar de manera eficiente con ningún otro proceso. Dado que solo se requiere un molde para hacer una pieza con MIM, este proceso también es altamente repetible y produce piezas que son 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 industria aeroespacial. Las aplicaciones comunes incluyen bisagras en componentes de anteojos, cajas de relojes, bisagras para computadoras portátiles e instrumentos médicos de precisión.

Beneficios

MIM es un método eficiente para producir un gran volumen de piezas pequeñas y complejas. Las piezas terminadas tienen un acabado superficial liso y son relativamente fuertes para su tamaño, a menudo con una densidad superior al 95 %. MIM es compatible con una amplia variedad de materiales que se pueden descomponer en forma de polvo y son adecuados para la sinterización. Estos son en su mayoría aceros.

Limitaciones

Desafortunadamente, el moldeo por inyección de metal tiene numerosas limitaciones, principalmente debido a los moldes necesarios para producir piezas MIM. Los moldes MIM pueden costar entre $ 50,000 y $ 100,000, lo que podría ser prohibitivamente costoso para series de producción de bajo volumen. A menudo, MIM tiene sentido financiero para volúmenes anuales superiores a 50 000 con un largo ciclo de vida de producción.

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

Impresión 3D de metales

La impresión 3D en metal ofrece muchas ventajas que otros procesos, incluido MIM, no pueden igualar. Un tipo de impresión 3D de metal es la fusión de 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, se prepara una cámara con un gas inerte como el argón para minimizar la oxidación. Se extiende una fina capa de polvo metálico en la parte superior de la plataforma de construcción y luego un láser funde el polvo en pequeñas secciones; el proceso se repite hasta que la pieza está completamente construida. El exceso de polvo se elimina después de que la pieza se enfría. A partir de ahí, la pieza se libera de la tensión, se separa 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 uso final de alto rendimiento. Los casos de uso comunes incluyen motores a reacción, álabes de turbinas, equipos médicos y generadores de energía. Este proceso es compatible con una lista creciente de aleaciones de metales e incluso con algunos metales preciosos como el oro y el platino. También hay otros procesos de impresión 3D de metal que son más adecuados para aplicaciones con menos regulaciones y requisitos de rendimiento críticos, como la inyección de aglutinante de metal y la extrusión de metal.

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 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 los costos de producción adicionales.

Limitaciones

Dicho esto, la impresión 3D de metal tiene su propio conjunto de desafíos. El tamaño de construcción es limitado debido a las estrictas condiciones de fabricación y los controles de proceso requeridos. Además, los costos iniciales de 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 desean una flexibilidad de diseño inigualable y una gran resistencia mecánica.

Empiece a trabajar con la impresión 3D en metal

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

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