Todo lo que necesita saber sobre la impresión 3D de titanio

El titanio es un elemento que tiene una subcapa d parcialmente llena. Científicamente, lo que esto significa es que el titanio tiene su órbita de electrones más externa que no está llena al máximo de su capacidad.

¿Y qué implica esto? El titanio puede unirse con otros elementos compartiendo sus electrones. ¿Y qué implica esto prácticamente?

Ese titanio puede jugar bien con otros, especialmente con ciertos iones, puede recibir una carga eléctrica. La otra característica del titanio es que tiene baja densidad y alta resistencia.

Por lo tanto, puede contener mucho sin atascarse por su propio peso. Y también lo que diferencia al Titanio de los demás es que es resistente a la corrosión en agua salada y cloro.

Al imprimir en 3D piezas de titanio y prototipos funcionales, puede esperar productos que tengan una mayor resistencia.

El proceso que se aplica para la impresión 3D de titanio también se conoce como sinterización directa por láser de metales. Este es un proceso de fabricación de metales aditivos que se desarrolló en Alemania.

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En este artículo, estudiará en profundidad este proceso. Pero una cosa para empezar que necesita saber sobre este proceso es que se basa en los principios básicos de la impresión 3D. Aquí está la mejor guía de compra de impresoras 3D de titanio de 2020.

Y hasta ahora, esta tecnología se ha utilizado para la creación de artículos de joyería de titanio, piezas mecánicas para bicicletas y otros equipos de transporte.

Sinterización directa por láser de metales

Sinterización directa por láser de metalesCrédito: ustompartnet.com

Esta es una de las pocas tecnologías de impresión 3D que crea directamente una pieza metálica o un prototipo funcional a partir de su modelo de computadora 3D. El descanso requiere estructuras de soporte para la impresión 3D de titanio.

La sinterización directa por láser de metales es un avance en la tecnología de fabricación que se denomina pulvimetalurgia.

Esta técnica utiliza una tecnología madura de moldeo de metales en la que se utilizan calor y presión para formar piezas de metal en polvo y prototipos funcionales como el titanio.

Como se mencionó anteriormente, el material de trabajo para este proceso es titanio porque estamos imprimiendo titanio en 3D.

Pero no está en forma sólida, sino en forma de polvo.

El tamaño exacto de las partículas metálicas fabricadas es de 20 a 40 micrómetros. Lo que limita la resolución de detalle de la pieza final o prototipo funcional e incluso produce una mejor es el tamaño de partícula y el límite de forma.

La altura de la capa y el tamaño del punto láser son otros límites de resolución en esta tecnología

. Al igual que otros procesos de impresión 3D, el modelo en sinterización directa por láser de metales también se divide en muchas capas finas, que luego se imprimen una a una para construir la pieza final o prototipo funcional.

El tamaño máximo del polvo metálico utilizado es aproximadamente la altura de la capa imprimible.

¿Cómo funciona el proceso de impresión 3D de titanio?

La sinterización directa por láser de metales sigue la secuencia de proceso básica para la mayoría de las tecnologías de impresión 3D. Tienes que tener un modelo que luego cortar e imprimir capa por capa en una pieza o prototipo funcional.

Después de que se crea un modelo 3D y se corta con el software de corte apropiado, el código necesario para que la impresora haga la pieza o el prototipo funcional se suministra a la impresora.

Esto es realmente cuando comienza el proceso físico de impresión 3D de titanio. El primer paso ocurre con un llenado de la tolva de la impresora DMLS con el polvo metálico deseado.

Aquí, los calentadores de la impresora llevan el polvo a una temperatura cercana al rango de sinterización de la aleación. Lo que utiliza la impresora para proteger el polvo calentado es el gas inerte, este gas también protege la pieza a medida que se construye.

El paso de la impresión de titanio de impresión 3D comienza con la aplicación de una fina capa de polvo metálico en la plataforma de impresión.

Una vez hecho esto, el láser comienza su camino hacia esta capa, sinterizando selectivamente el polvo uno por uno en una pieza sólida o prototipo funcional.

La secuencia de dispensación de una capa y sinterización continúa hasta completar la pieza. Una vez que la pieza se deja enfriar, el polvo metálico suelto circundante se retira de la impresora.

Los últimos pasos incluyen la eliminación del soporte, así como cualquier posprocesamiento necesario. Las piezas DMLS pueden tratarse como piezas metálicas producidas por trabajo de metales convencional para su posterior procesamiento.

Esto puede incluir maquinado, tratamiento térmico o acabado de superficies. Estos pasos del proceso se comparten con SLM, solo con la potencia del láser aumentada para «fundirse».

¿Por qué la impresión 3D de titanio es diferente a la impresión 3D con otros materiales?

Las consideraciones y preparaciones necesarias para la impresión 3D de titanio son más cuantiosas que otras aleaciones metálicas debido a su resistencia y otras propiedades físicas.

Todos los demás metales o sus aleaciones, especialmente los más populares, pueden hilarse en bobinas de filamentos y utilizarse como materiales de impresión 3D tradicionales como PLA o ABS, pero no titanio.

Lo que requiere el titanio es un equipo de impresión 3D completamente diferente. Específicamente, láseres. Podría decirse que el titanio es metal en más que el sentido literal.

Para incorporar titanio en sus proyectos de impresión 3D, debe utilizar un proceso de fabricación de metal aditivo llamado sinterización directa de metal que ya hemos visto anteriormente.

El proceso de diseño no es diferente al de su programa habitual de dibujo asistido por computadora. De hecho, puede usar cualquier programa de diseño 3D que se adapte a su gusto siempre que sea compatible con la impresora 3D de titanio, y la mayoría de ellos lo son.

La mayoría de las impresoras que imprimen titanio en 3D aceptan las mismas extensiones de archivo de diseño que las impresoras 3D estándar, por lo que la única parte de la que debe preocuparse aquí es hacer que su diseño se ajuste a su imaginación.

¿Existe otro método además del DMLS con el que se pueda realizar la impresión 3D de titanio?

Proceso de fusión de haz electrónico (EBM)

Más recientemente, una técnica llamada fusión por haz de electrones (EBM) ha ido ganando terreno. Uno de sus pioneros y desarrolladores principales es Arcam, que forma parte de GE Additive.

Puede decir por el nombre que la principal diferencia entre DMLS y EBM es la fuente de energía: láseres frente a haces de electrones, es decir, fotones frente a electrones. De lo contrario, todavía es capaz de imprimir en titanio en 3D. Normalmente, la producción de energía a través del proceso EBM es mayor que la de DMLS.

EBM ofrece varias ventajas:

  1. Menos defectos internos, lo que resulta en buenas propiedades del material.
  2. Propiedades de fatiga notablemente mejores y tensiones residuales mínimas debido a la alta temperatura del proceso.
  3. Poco material de desecho, y prácticamente todo el exceso de polvo es reciclable.

La principal ventaja de DMLS radica en su espesor de capa más fino (típicamente 20-40 μm, en comparación con 50-70 μm para EBM). Esto da como resultado un acabado más suave, que puede ser importante tanto para la estética como para la función.

EBM ha estado recientemente en las noticias por romper el récord de la pieza impresa en 3D de titanio más grande de la historia.

Con poco más de 1200 cm de ancho, el objeto en cuestión era una cúpula para tapar un tanque de combustible y puso al gigante aeroespacial Lockheed Martin para llevarse el premio.

Ventajas de la impresión 3D de titanio

Ventajas de la impresión 3D de titanioCrédito: all3dp.com

Específico, pero completo

Para todos aquellos que consideran que el proceso de impresión de titanio es muy particular que otros metales porque requiere una máquina específica, una máquina DMLS hace todo menos diseñar su producto para ti.

Esta es una facilidad que no necesariamente tiene con otros metales. Esta calidad hace que la impresión 3D con titanio sea ideal para producir prototipos y piezas de prueba.

Cualquiera que tenga experiencia en la creación de prototipos y piezas de prueba sabe cuánto tiempo pueden ahorrarle a largo plazo. Aparte de esto, las máquinas DMLS producen objetos impresos en 3D sin ningún requisito de herramientas especiales.

Por lo tanto, a diferencia de otras impresoras, no tiene que preocuparse por equipos o procesos adicionales cuando imprime. Esto no solo es un ahorro de tiempo, sino que también le ahorra mucho más en mantenimiento.

Los detalles se sirven en la impresión

El proceso de DMLS garantiza brindarle los mejores detalles que obtendrá de cualquier otro proceso de impresión 3D. Todas las capas se colocan fácilmente una sobre otra y el corte por láser o haz de electrones es mucho más preciso que las extrusoras de impresión 3D tradicionales.

Esto es lo que explica cualquier pequeño detalle que de otro modo requiere mucha delicadeza. Se pueden agregar fácilmente adornos a su diseño, lo que podría haber sido imposible de agregar de otra manera sin apoyarlo con algún tipo de estructura.

Esta es también una gran noticia para las industrias que dependen de piezas pequeñas y medianas y exigen que estén disponibles y sean precisas. Algunos ejemplos de estas industrias son las construcciones dentales, médicas y aeroespaciales.

Los prototipos se pueden fabricar fácilmente

Los beneficios de realizar la impresión 3D de titanio están fácilmente disponibles. Y la mejor parte es editar cualquier modelo o cualquier tipo de réplica para intentar despedazarlo, no se hace de forma rentable como en otras tecnologías.

Pero ahí es exactamente donde entran en juego los prototipos. Podría decirse que no podrá imprimir piezas de titanio a escala industrial, pero lo que pueda imprimir será exactamente lo que necesita para ver si es necesario ajustar algo antes de imprimir la pieza real o el prototipo funcional.

Y esto le ahorrará tanto tiempo y dinero que se preguntará por qué no agregó este paso a su rutina antes.

Contras de la impresión 3D con titanio

Impresión 3D con titanioCrédito: compositesweekly.com

Caro comparado con otras técnicas

La etiqueta cara no entra en la compra de este metal o el precio de impresión del mismo. Lo que hace más adecuadamente es comprar una máquina DMLS que se necesita para la impresión 3D de titanio.

Una máquina DMLS le costará más que un automóvil de nivel medio, ya que su precio de mercado comienza alrededor de € 25,000 para un principiante. Por lo tanto, podría decirse que la impresión 3D de titanio no es aconsejable para un novato en la impresión 3D o alguien que todavía está tratando de experimentar con ideas de impresión 3D.

Todo lo que es recomendable es para alguien que esté tan seguro de la tecnología y esté dispuesto a construir un negocio a largo plazo con ella.

También hay un lado positivo de esto: las máquinas DMLS son autónomas, por lo que una vez que compre la configuración inicial, estará bien hasta que necesite más material de titanio para imprimir.

Deben tenerse en cuenta errores específicos en el eje Z de la impresora DMLS

Este problema surge porque las máquinas DMLS manipulan capas, por lo que es más fácil para ti, como usuario, cometer errores para aparecer en el eje Z que con las extrusoras de impresora 3D tradicionales.

Por lo demás, la tecnología es excelente para mantener la atención a los detalles en el eje X y el eje Y. Pero hay un poco de incertidumbre sobre el movimiento de la altura de la capa y la forma en que obviamente se manifiesta.

Se puede solucionar este problema diseñando cuidadosamente y vigilando la máquina DMLS mientras imprime. Entonces, como la regla va con otro proceso de impresión 3D, si observa que algo comienza a salir mal, detenga la impresora y reajuste.

Imperfecciones relacionadas con la suavidad de la superficie.

Ahora sabemos que el titanio es una aleación suave con la que trabajar. Pero debido a que las máquinas DMLS imprimen con precisión, puede ser difícil notar una pequeña imperfección en la superficie.

Aunque esto no causará problemas más adelante en la cadena si está imprimiendo titanio en 3D como primer paso. Pero tampoco significa necesariamente que tenga que volver a imprimir porque la imperfección es lo suficientemente pequeña en el área. Y eso es posiblemente insignificante.

La conclusión

La otra forma de imprimir titanio en 3D es solicitando servicios de impresión 3D online. Sí, es posible, sencillo y muy asequible.

Todo lo que tiene que saber aquí es el archivo de diseño de la pieza o prototipo funcional que desea imprimir, que desea imprimir con titanio y el porcentaje de relleno para una visibilidad mínima de la capa.

Y ya está. Porque estos son todos los detalles que cualquier sitio web le pediría antes de realizar su pedido.

Impresión 3D Titanium es un servicio de impresión 3D que no todos los sitios web le ofrecerán porque es un metal raro y caro. Aunque hay empresas que fabrican sus propios polvos metálicos y también brindan servicio de impresión 3D.

Para estas empresas, es fácil ofrecer a sus consumidores esta facilidad. Por lo demás, los proveedores de servicios de impresión 3D normales proporcionan impresión 3D con otros materiales comunes, pero no con titanio. Todo lo mejor para la impresión 3D de sus piezas de Titanio o prototipos funcionales.