Guía completa: La impresión 3D de aluminio, ¡te explicamos todo!

El aluminio es uno de los metales más populares en el ámbito de la producción industrial y, más concretamente, en la fabricación aditiva. Se trata de una aleación de metal resistente y ligera que ofrece una combinación ideal de propiedades mecánicas y térmicas. Las empresas dedicadas al desarrollo de materiales, especialmente para fabricación aditiva, ofrecen una amplia variedad de aleaciones de aluminio destinadas a la impresión 3D de metal. Estos materiales son realmente versátiles y ofrecen multitud de beneficios según las propiedades que se requieran en cada aplicación. Para entender mejor las propiedades de este metal y los beneficios que aporta a las piezas impresas en 3D, sigue leyendo esta guía completa.

Características del material

El aluminio (Al), con número atómico 13, es un elemento químico muy presenten en la corteza terrestre. Se trata de un metal no ferromagnético, es decir, que no puede ser magnetizados por un campo magnético. Muchas de las aleaciones de aluminio disponibles para fabricación aditiva consisten en una combinación de elementos metálicos y metaloides, incluidos el aluminio, silicio, magnesio o cobre. Algunas de las aleaciones de aluminio más populares son:

• AlSi7Mg – Aluminio con silicona (7%) y aleaciones de magnesio.
• AlSi10Mg – Aluminio con silicona (10%) y aleaciones de magnesio.
• AlSi12 – Aluminio con aleación de silicona (12%).
• AlSi9Cu3 – Aluminio con aleaciones de silicona (9%) y cobre (3%).

Créditos: GE

La materia prima de la cual se extrae el aluminio es el mineral conocido como bauxita. Para obtener aluminio, primero se transforma la bauxita en alúmina a partir del llamado proceso Bayer, y más tarde se extrae el aluminio mediante un proceso denominado electrólisis. Además de ser un metal ligero y con un bajo punto de fusión, el aluminio es un muy buen conductor eléctrico y térmico. La utilización industrial del aluminio ha hecho de este material uno de los más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos. Veamos ahora cómo se utiliza este metal en el ámbito de la fabricación aditiva.

Impresión 3D con aluminio

A la hora de crear piezas en 3D con aluminio, podemos encontrar diferentes métodos para hacerlo. Una de las tecnologías más extendidas para la fabricación aditiva de metal es la fusión láser por lecho de polvo (LPBF), en la que un láser fusiona punto por punto las capas de metal que se extienden sobre un lecho de polvo. Dentro de esta misma familia encontramos también la tecnología Electron Beam Melting (EBM), con la diferencia de que la fuente de energía es un haz de electrones en vez de un láser. Además de estas dos, también encontramos otros métodos de fabricación de metal capaces de imprimir con aluminio, como la inyección de aglutinante, cold metal fusion o wire arc additive manufacturing (WAAM). Por último, podemos encontrar, aunque en menor medida, la utilización de aluminio con la tecnología FDM. Aunque principalmente este método trabaje con filamentos plásticos, algunas empresas han desarrollado soluciones compatibles con esta tecnología para crear piezas más resistentes.

Las piezas impresas en 3D con aluminio cuentan con una serie de ventajas y desventajas frente a otros metales. Entre los beneficios podemos encontrar que el aluminio es un material de alto rendimiento que ofrece interesantes propiedades mecánicas y químicas. Además de permitir la fabricación de estructuras geométricas complejas, tiene una gran relación fuerza-peso y cuenta con resistencia a la intemperie. Por otro lado, las piezas impresas en 3D son menos rígidas que un acero de construcción. Además, a diferencia del titanio, el aluminio no es un metal biocompatible, por lo que no es la opción ideal para su uso en el sector médico, como veremos más adelante.

El aluminio es uno de los metales con mejor relación fuerza-peso.

Al terminar el proceso de impresión 3D, la gran mayoría de las piezas de aluminio requieren ciertos pasos de postratamiento. Esto se debe principalmente a que muchas de las tecnologías compatibles con este metal forman parte de la familia de lecho de polvo. Así, uno de los primeros procesos a realizar será la eliminación del polvo sobrante y lo soportes de fabricación, en caso de que se hayan utilizado. Además, las piezas suelen salir de la máquina con una rugosidad superficial notable, que suele ser mayor que en otros materiales en polvo. Para obtener un resultado óptimo y liso, se deberá recurrir a técnicas de postratamiento para el acabado de superficies, como el pulido, el volteo o el granallado. A su vez, también se podrán aplicar tratamientos térmicos que refuercen las propiedades de las piezas finales.

Principales aplicaciones

Independientemente del proceso utilizado, las piezas impresas en 3D mediante aleaciones de aluminio ofrecen interesantes propiedades para multitud de industrias. Además de su buena resistencia química y ligereza, presentan una de las mejores relaciones resistencia-peso de todos los metales. Las aplicaciones más comunes de este metal incluyen la fabricación de series cortas o prototipos. Otras están relacionadas con el aligeramiento estructural o la transmisión de calor, como en el caso de intercambiadores de calor personalizados. Combinado con silicio y magnesio, es la elección por excelencia de muchos actores en las industrias aeroespacial y automovilística, donde las exigencias son realmente altas.

En el sector de la automoción, Porsche imprimió en 3D pistones de aluminio para su modelo insignia, el GT2 RS. El uso de la fabricación aditiva de metal permitió a la empresa obtener hasta 30 CV más de potencia del motor biturbo de 700 CV, mejorando al mismo tiempo la eficiencia y el rendimiento del vehículo. Por su parte Mercedes-Benz está imprimiendo en 3D piezas de recambio de aluminio para su línea de camiones y coches con el fin de garantizar una mayor de seguridad vial.

Los pistones impresos en 3D con aluminio. (Créditos: Porsche)

La industria aeroespacial tampoco se queda atrás en la implementación de la impresión 3D de aluminio en su actividad. Airbus, por ejemplo, fabricó piezas mediante aleaciones de aluminio para su A350 XWB y otros aviones, así como para sus satélites de comunicaciones. Boeing también ha recurrido a la fabricación aditiva de metal con el fin de crear piezas de aluminio para sus aviones, satélites y helicópteros. Esta tecnología de vanguardia puede dar lugar a estructuras más ligeras y permitir que los aviones viajen más lejos con menos combustible.

Fabricantes de aluminio en el mercado

Como hemos mencionado, el material se encuentra principalmente en forma de polvo, pero también en alambre para determinadas tecnologías. A día de hoy solo existen dos empresas que desarrollan aluminio en forma de filamento para la impresión 3D FDM, y son The Virtual Foundry (Aluminum 6061 Filamet™) y Zetamix (a base de alúmina, es decir, óxido de aluminio).

Por otro lado, el uso de este material en polvo está mucho más extendido. Hoy en día existen multitud de empresas que se dedican al desarrollo de aluminio en polvo, como es el caso de Elementum 3D, APWorks, Uniformity Labs, ECKA Granules, Equispheres o Constellium, entre otros. También cabe destacar que algunos fabricantes de impresoras 3D como EOS también desarrollan sus propios materiales en polvo.

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*Créditos foto de portada: 3dsla.ru