Impresora 3D en polvo: ¿Cómo funciona la impresión 3D en polvo?

Para entender la base en polvo Tecnología de impresión 3D, es necesario comprender cómo funciona una impresora 3D en general.

La tecnología de impresión 3D no aplica la lógica de ninguna tecnología de impresión, fabricación, ensamblaje o diseño que ya esté disponible en el mercado.

El mundo de la impresión 3D es único y, por tanto, la forma en que se desarrolla un producto tampoco es convencional.

Los principios subyacentes de la impresión 3D y las impresoras, incluida la impresora 3D en polvo, se están moviendo hacia un estado unificado de fabricación llave en mano que está limitado solo por nuestra imaginación.

Aunque existen diferentes formas en las que funcionan los diversos modelos de impresoras 3D, todas se basan en un simple rudimento.

La impresión 3D también se conoce como ‘fabricación aditiva’. Este es el término que ayuda a comprender cómo funciona el proceso de impresión 3D. Las impresoras 3D funcionan «agregando» capas de material de impresión en la creación de un objeto.

En el proceso, mediante un diseño basado en software, se “imprimen” distintas capas o cortes 2D y se unen entre sí para crear un producto 3D.

En otras palabras, las impresoras 3D crean objetos imprimiendo capa tras capa de una variedad de materiales para lograr un producto tridimensional.

Ahora que ha entendido los conceptos básicos de la impresión 3D, pasemos a la impresión 3D en polvo.

¿Qué es la impresión 3D en polvo?

La impresora 3D de polvo utiliza materiales en forma de polvo. Estos materiales amorfos se utilizan como tintas para crear objetos 3D.

En este proceso, se deposita una fina capa de polvo. Y, según el diseño 3D, la sección transversal es la selección.

La sección transversal seleccionada se somete a la exposición al láser debido a que las partículas se funden y se sinterizan para formar la capa.

Una vez que se forma la capa, se deposita otra capa fina sobre la capa solidificada y el proceso continúa hasta que el modelo 3D está listo.

Lista de procesos de impresión 3D a base de polvo

Como la tecnología siempre avanza, puede encontrar una gran cantidad de innovaciones a su alrededor. A estas alturas, estos desarrollos han dado como resultado tres diferentes Procesos de impresión 3D.

Sinterización láser

Crédito: helpjuice.com

La sinterización láser se utiliza para crear impresiones 3D en poliamida, aluminuro, titanio y materiales similares al caucho. En este proceso, el interior de la impresora se calienta justo por debajo del punto de fusión del polvo de su elección.

Luego, la impresora extiende una capa increíblemente fina de este polvo. Un rayo láser calienta las áreas que deben sinterizarse juntas justo por encima del punto de fusión.

Las partes que fueron tocadas por el láser ahora se fusionan, mientras que el resto sigue siendo polvo suelto.

Los modelos de material se imprimen capa a capa con la ayuda de este rayo láser. Después de que se imprime una capa, se vuelve a extender una nueva capa de polvo fresco sobre la superficie con un rodillo.

Una vez finalizado el trabajo de impresión, el resultado es un gran bloque de polvo que contiene los modelos impresos (sinterizados) en su interior.

Para sacar sus impresiones del bloque de polvo, necesitamos escarbar en la caja de polvo sin sinterizar y quitar el exceso de material.

La razón por la que esta es una gran tecnología es que no se necesita una estructura de soporte en esta tecnología.

El polvo sin sinterizar es en sí mismo el material de soporte. Esto hace que la tecnología sea la más adecuada para diseños complejos, e incluso piezas interconectadas y móviles.

Funcionamiento básico de la impresora 3D en polvo basada en sinterización láser

En este proceso, una fuente de energía térmica induce selectivamente la fusión entre las partículas de polvo dentro de un área de impresión para crear un objeto sólido.

Muchos dispositivos Powder Bed Fusion también emplean un mecanismo para aplicar y alisar el polvo simultáneamente a un objeto que se está fabricando, de modo que el artículo final esté revestido y soportado en polvo no utilizado.

Este tipo de proceso se utiliza principalmente con la sinterización selectiva por láser con polvos termoplásticos como Nylon6, Nylon 11 y Nylon 12.

Las aplicaciones comunes en las que se utiliza esta tecnología son: para la creación de piezas funcionales, conductos complejos de tuberías y producción de piezas de bajo funcionamiento.

PROS:

  • No hay necesidad de soportes cuando se imprimen estructuras sobresalientes sin soporte (por ejemplo, las partes horizontales de una letra F mayúscula). El polvo en sí proporciona el soporte necesario.
  • Las piezas se pueden crear a partir de una amplia selección de materiales.
  • La complejidad no es un problema siempre que pueda eliminar el polvo no sinterizado.

CONTRAS:

  • El mayor problema de la tecnología es que las piezas fabricadas pueden ser porosas y / o tener una superficie rugosa dependiendo de los materiales utilizados.
  • Otro problema, principalmente para las piezas de polímero, es la distorsión térmica. Esto puede provocar el encogimiento y deformación de las piezas fabricadas.

Fusión selectiva por láser / Sinterización directa por láser de metales:

Tanto la sinterización directa por láser de metales (DMLS) como la fusión selectiva por láser (SLM) producen objetos de manera similar a la SLS.

La principal diferencia es que este tipo de tecnología de impresión 3D se aplica a la producción de piezas metálicas. El DMLS no derrite el polvo, sino que lo calienta hasta un punto en el que se puede fusionar a nivel molecular.

SLM para polvo metálico de impresión 3D utiliza el láser para lograr una fusión completa del polvo metálico formando una parte homogénea.

Esto da como resultado una pieza que tiene una sola temperatura de fusión (algo que no se produce con una aleación). Ésta es la principal diferencia entre DMLS y SLM; el primero produce piezas a partir de aleaciones metálicas, mientras que el segundo forma materiales de un solo elemento, como el titanio.

A diferencia de SLS, los procesos DMLS y SLM requieren soporte estructural, para limitar la posibilidad de cualquier distorsión que pueda ocurrir (a pesar de que el polvo circundante proporciona soporte físico).

Las piezas DMLS / SLM corren el riesgo de deformarse debido a las tensiones residuales producidas durante la impresión, debido a las altas temperaturas. Las piezas también se tratan térmicamente después de la impresión, mientras aún están unidas a la placa de impresión, para aliviar cualquier tensión en las piezas después de la impresión.

Funcionamiento básico de la impresora 3D en polvo basada en fusión selectiva por láser

A diferencia de la sinterización por láser, aquí se producen objetos sólidos, utilizando una fuente térmica para inducir la fusión entre las partículas de polvo metálico una capa a la vez.

La mayoría de las tecnologías Powder Bed Fusion emplean mecanismos para agregar polvo a medida que se construye el objeto, lo que da como resultado que el componente final quede encerrado en el polvo metálico.

Las principales variaciones en las tecnologías de fusión de lecho de polvo metálico provienen del uso de diferentes fuentes de energía. Aquí las fuentes de energía son generalmente láseres o haces de electrones.

Los materiales utilizados para realizar este procedimiento son polvos de metales como aluminio, acero inoxidable y titanio.

La aplicación común de este proceso es en el desarrollo de piezas metálicas funcionales que se utilizan en la industria aeroespacial y automotriz, también médica y específicamente en odontología.

Pros
  • En términos de materiales, no es necesario tener en cuenta las fases distintas de aglutinante y fusión.
  • El consumo de tiempo es menor que el de las otras técnicas. Además, se elimina el precio del postratamiento del horno para la desaglomeración, la filtración interna y la sinterización posterior.
  • Este método es útil para producir piezas completamente densas de manera directa.
Contras
  • Este método no es adecuado para materiales compuestos bien controlados como WC-Co.
  • El baño de fusión tiene inestabilidades y mayores tensiones residuales comparativamente.

Fusión por haz de electrones

A diferencia de otras técnicas de fusión en lecho de polvo, la fusión por haz de electrones (EBM) utiliza un haz de alta energía, o electrones, para inducir la fusión entre las partículas de polvo metálico.

Un haz de electrones enfocado escanea a través de una fina capa de polvo, causando fusión y solidificación localizadas en un área de sección transversal específica.

Estas áreas se construyen para crear un objeto sólido. En comparación con los tipos de tecnología de impresión 3D SLM y DMLS, EBM generalmente tiene una velocidad de impresión superior debido a su mayor densidad de energía.

Sin embargo, aspectos como el tamaño mínimo de la característica, el tamaño de las partículas de polvo, el grosor de la capa y el acabado de la superficie suelen ser más grandes. Además, es importante tener en cuenta que las piezas de EBM se fabrican al vacío y el proceso solo se puede utilizar con materiales conductores.

El proceso de fusión por haz de electrones se lleva a cabo al vacío y a altas temperaturas. Esto da como resultado piezas de metal producidas con mejores propiedades de material que mediante fundición.

Mantener un entorno de impresión limpio y controlado es un factor clave para mantener las especificaciones químicas de la pieza impresa en 3D. Por esta razón, las impresoras EBM generalmente requieren operadores capacitados para monitorear la impresión.

El haz de electrones calienta todo el lecho de polvo a una temperatura de fusión óptima al imprimir cada capa.

Esta temperatura depende del polvo metálico utilizado; algunos tienen puntos de fusión mucho más altos. Este calentamiento del lecho de polvo significa que las piezas impresas con Electron Beam Melting están libres de tensiones residuales y tienen mejores propiedades mecánicas.

Funcionamiento básico de la fusión por haz de electrones

Aunque no es tan conocido como la estereolitografía o el modelado de deposición fundida, la EBM se utiliza con bastante regularidad en la impresión 3D de metales industriales.

La fusión por haz de electrones es similar a SLS en que ambos imprimen en 3D desde un lecho de polvo a través de la fusión del lecho de polvo. Desde su invención, la técnica hasta ahora solo ha sido utilizada por Arcam en las cuatro impresoras 3D EBM actuales.

En EBM, los componentes metálicos completamente densos se crean a partir de un lecho de polvo de metal y se funden mediante un potente haz de electrones. Cada capa se funde de acuerdo con el modelo de impresora 3D enviado a la impresora 3D.

La fusión por haz de electrones utiliza un haz de electrones de alta potencia para derretir el polvo metálico.

Este haz de electrones se gestiona a través de bobinas electromagnéticas que permiten un control del haz extremadamente rápido y preciso.

Además, esto permite que se mantengan simultáneamente varias ‘piscinas de fusión’ diferentes (diferentes objetos dentro de la misma impresión al mismo tiempo).

Pros
  • Existe una disponibilidad limitada de materiales para su uso en EBM.
  • Esta técnica requiere una impresora 3D de nivel industrial y materiales caros. Las impresoras pueden costar más de 250.000 dólares y los materiales cuestan más de 300 dólares el kg. Las piezas suelen requerir mucho posprocesamiento.
  • Las piezas producidas con esta técnica tienen un acabado superficial menos liso que el DMLS.
  • La impresora 3D EBM más grande tiene un volumen de impresión de alrededor de 350 x 350 x 380 mm. Mientras que algunas impresoras 3D DMLS como la X Line 2000R de Concept Laser tienen un volumen de impresión de 800 x 400 x 500 mm
Contras
  • Las piezas impresas en 3D con EBM tienen una densidad muy alta (más del 99%).
  • Se pueden producir múltiples piezas usando Electron Beam Melting, simultáneamente ya que el haz puede separar el polvo en varios lugares a la vez.
  • Esta técnica requiere menos soportes debido a que hay menos estrés térmico en las piezas, y la capacidad del haz de electrones para escanear toda la capa a la vez también la hace más rápida.
  • El polvo no utilizado se puede recuperar y reutilizar, lo que ahorra dinero y protege el medio ambiente.

Recomendación para impresoras 3D basadas en polvo

Estas son algunas de las recomendaciones para la impresora 3D en polvo:

Arcam Spectra H

Si busca lograr la impresión 3D de polvo de titanio y tratar de encontrar una impresora 3D de polvo que le permita hacerlo con gran precisión, puede confiar Arcam Spectra H. La máquina es compatible con materiales con puntos de fusión más altos y viene con autocalibración.

PROX DMP 300

Basada en la impresión directa de metal, la impresora 3D en polvo funciona mejor para crear piezas que necesitan una mayor resistencia a la temperatura. Usado agresivamente para fabricar piezas de aviones, moldes de soplado y varios otros modelos, esta también puede ser su elección.

Modelo 350

La impresora 3D de metal es una opción muy precisa para quienes buscan una alta fiabilidad. Puede trabajar con acero inoxidable junto con aleaciones de titanio, níquel y aluminio. Con un espacio de impresión de 350 × 350 × 350 mm, es bastante espacioso para piezas grandes.

La conclusión

Para operar con la impresora Powder 3D, uno debe poseer algunas habilidades previas para trabajar con impresoras 3D. A diferencia de las impresoras de escritorio, es bastante complejo trabajar con ellas.

Y son específicamente para uso industrial. Si cree que eso es lo que está buscando, elija y disfrute de las ventajas de la tecnología para siempre.

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