Guía completa: Fusión láser por lecho de polvo, ¡te explicamos todo!

En la década de los 90, varias compañías se encontraban estudiando la tecnología de fusión de lecho de polvo.  Esta tecnología funde partículas de polvo metálico a través de una fuente de calor, un láser o un haz de electrones, para formar una pieza que puede llegar a tener cierta complejidad geométrica. Este interés se ha llevado a la fabricación aditiva mediante la fusión láser de lecho de polvo que, como su nombre indica, utiliza un láser.

En 1994, la compañía EOS patentó su proceso llamado Direct Metal Laser Sintering, Sinterizado Selectivo por Láser o DMLS, mientras que en 1995 el instituto Fraunhofer introdujo el término SLM para fusión selectiva por láser. Ambos procesos se basan en la fusión láser de lecho de polvo, término que guardaremos ya que es el que define la tecnología y no se asocia con ningún fabricante, por ejemplo, SLM que es actualmente un fabricante de impresoras 3D industriales. El término DMLS, en cambio, implica la sinterización en el proceso como la tecnología SLS, pero debe entenderse que esto es un error, ya que los procesos de impresión 3D de metal funcionan actualmente por fusión y no por sinterización.

Créditos de la fotos: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania

La diferencia entre la sinterización y la fusión es bastante simple: la fusión implica pasar de un estado sólido a un estado líquido a través de una temperatura alta; en cambio, la sinterización no permite que el metal se derrita porque la temperatura utilizada no es lo suficientemente alta. Como resultado, las partículas metálicas se aglomeran entre sí dejando un vacío y, por lo tanto, se produce porosidad. Para tener una imagen clara, es como si apilaras manzanas: siempre habrá una brecha entre dos frutas. Las piezas impresas en 3D tendrán una baja resistencia mecánica, a diferencia de la fusión donde el líquido llena estos agujeros.

¿Cómo funciona el proceso de fusión láser de lecho de polvo?

Al igual que cualquier técnica de impresión 3D de metal, el diseño de una pieza comienza con la creación del modelo 3D con el software CAD. La pieza se corta en una multitud de capas mediante un Slicer 3D o Laminador; en el caso de esta tecnología, el grosor de una capa generalmente varía entre 20 y 60 micras.

Para comenzar el proceso de impresión, la impresora 3D llena una cámara de gas inerte y luego la calienta a la temperatura de impresión óptima. Luego se deposita una fina capa de polvo en la bandeja, de acuerdo con la altura definida previamente por el software de la máquina. El láser de fibra óptica (200/400 W) barre la sección transversal de la pieza, fusionando las partículas metálicas. Cuando termina la capa, la bandeja baja y se agrega otra capa de polvo. El proceso se repite hasta que se obtiene la pieza final.

Luego, se debe permitir que la impresora 3D se enfríe para retirar el polvo no fusionado del contenedor y limpiar la parte impresa. Dicha pieza está unida a la bandeja, generalmente por soportes impresos. A diferencia de la tecnología SLS, estos soportes se recomiendan porque reducen los fenómenos de deformación y distorsión observados a altas temperaturas de procesamiento. Por lo general, se eliminan mediante métodos de corte o mecanizado o electroerosión por hilo. Las partes pueden tratarse térmicamente para reducir las tensiones residuales y mejorar sus propiedades mecánicas. Además del postratamiento de la pieza, se puede incluir mecanizado CNC, pero también un proceso de pulido para ofrecer una mejor calidad de superficie.

Los pasos del postratamiento pueden ayudar a las propiedades mecánicas de la pieza.

Materiales y aplicaciones de la tecnología fusión láser de metal en lecho de polvo

Como puedes ver, la fusión láser de lecho de polvo utiliza polvos metálicos para diseñar piezas complejas. Muy a menudo encontramos materiales metálicos y aleaciones como acero inoxidable, cobalto-cromo, aluminio, titanio o inconel. Se pueden utilizar algunos metales preciosos (oro, platino, plata), casi exclusivamente en el sector de la joyería. La resistencia de las piezas obtenidas es actualmente comparable a la obtenida por las técnicas de fundición o mecanizado. La fusión láser de lecho de polvo es una de las pocas tecnologías de fabricación aditiva que se utiliza en la producción.

Los sectores aeroespacial, automotriz y médico (especialmente dental) son muy aficionados a esta tecnología. Ofrece una complejidad geométrica imposible de obtener a través de métodos de fabricación convencionales, al tiempo que reduce su peso final y la cantidad de componentes para ensamblar utilizando técnicas como la optimización topológica. Por lo tanto, tenemos tiempos de producción más cortos y piezas personalizadas muy fuertes. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que las impresoras 3D y los polvos metálicos son caros y no permiten hacer piezas muy grandes.

Créditos de la foto: Mercedes-Benz

Los principales protagonistas de esta tecnología DMLS, SLM

Uno de los pioneros de la tecnología es el EOS alemán con su gama EOS M, que ofrece una solución de producción completa para cualquier industria. Se le unió el fabricante de 3D Systems en 2013 luego de la adquisición de la compañía francesa Phenix Systems, especializada en el desarrollo de máquinas DMLS. También podemos mencionar AddUp, a GE Additive ofrece, gracias a las impresoras 3D de Concept Laser, cpn uno de los mayores volúmenes de impresión 3D de metal con la X Line 2000R (800 x 400 x 500 mm). Por supuesto, la compañía alemana SLM Solutions, pero también Trumpf y la italiana Sisma se encuentran entre los principales fabricantes. Renishaw también es un jugador importante en este mercado.

En el siguiente vídeo el equipo de Sculpteo explica con detalle un poco más sobre la tecnología de lecho de polvo:

* Créditos de las fotos de portada: DMG Mori

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