polvos metálicos para impresión 3D

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Polvos metálicos para impresión 3D se refiere a los materiales metálicos finos utilizados como materia prima en los procesos de fabricación aditiva. Mediante la fusión de capas sucesivas de polvo con calor o agentes aglutinantes, pueden construirse piezas metálicas complejas de uso final sin matrices ni moldes.

Diversos metales y aleaciones se formulan en polvos optimizados para los métodos de impresión 3D más populares, como el sinterizado selectivo por láser (SLS), el sinterizado directo de metales por láser (DMLS), la fusión por haz de electrones (EBM) y el chorro de aglutinante. La distribución del tamaño de las partículas, la morfología, las características de flujo y la microestructura influyen en el rendimiento.

Esta guía abarca la composición, las aplicaciones, las especificaciones, los factores de selección, los proveedores, las comparaciones y las preguntas frecuentes que deben tenerse en cuenta al utilizar polvos metálicos para la impresión 3D. Conocer las capacidades de los polvos y su interacción con los parámetros del proceso permite ajustar la calidad y las propiedades mecánicas de las piezas.

Composición de los polvos metálicos para impresión 3D

Los metales comunes y las aleaciones se convierten en polvos finos para la fabricación aditiva. Los distintos materiales ofrecen distintas propiedades mecánicas adaptadas a los usos finales.

MaterialDescripciónPropiedades clave
Acero inoxidableAleación de hierro con cromo 10-30% y otros elementos para la resistencia a la corrosión, rendimiento de temperaturaAlta resistencia, durabilidad y resistencia a la oxidación. Utilizado para componentes estructurales, utillaje, ferretería naval, piezas de automoción.
Aleaciones de aluminioAleaciones ligeras de metales no férreos a base de aluminio + otros elementos como silicio, magnesio, cobre, zincLigero, resistente a la corrosión, alta conductividad térmica y eléctrica. Utilizado para aplicaciones aeroespaciales, de automoción e industriales.
Aleaciones de titanioAleaciones metálicas ligeras de alta resistencia de titanio + otros elementos como aluminio, vanadioExtremadamente fuerte pero ligero. Resistente a la corrosión y al calor. Se utiliza en componentes aeroespaciales, implantes médicos/dentales y automoción.
Aleaciones de níquelAleaciones resistentes al calor y a la corrosión de níquel + otros metales como cromo, cobaltoMantienen la resistencia y la tenacidad a altas temperaturas. Se utiliza en turbinas aeroespaciales, equipos de generación de energía y procesos químicos.
Cromo cobaltoAleación de cobalto y cromo con excelente resistencia al calor y al desgasteDureza extrema con biocompatibilidad. Utilizado para coronas y puentes dentales, implantes médicos, herramientas de corte.

También están surgiendo materiales avanzados como superaleaciones, metales preciosos y formulaciones personalizadas para la fabricación aditiva de alto rendimiento.

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Características de los polvos metálicos para impresión 3D

Además de la composición, varias características interdependientes determinan el rendimiento de los polvos en diferentes procesos y aplicaciones de impresión 3D:

AtributoDescripciónConsideraciones
Distribución del tamaño de las partículasGama y distribución de los diámetros de las partículas de polvoLas curvas de distribución ajustadas garantizan una sinterización fiable. El tamaño medio afecta a la resolución mínima de las características, al acabado superficial
MorfologíaForma y estructura superficial de las partículas de polvoLas partículas lisas casi esféricas proporcionan la mejor densidad de empaquetamiento y fluidez. Las formas irregulares dificultan el recubrimiento
Características del flujoLa facilidad y fiabilidad con que se mueven y esparcen los polvosInfluye directamente en el rendimiento del recubrimiento, la consistencia de la calidad de la pieza y el desgaste de la máquina con el paso del tiempo.
Densidad aparentePeso por unidad de volumen, incluidos los espacios intersticialesImpacta en la eficacia del empaquetado, la uniformidad de la capa, la porosidad
Densidad del grifoDensidad de sedimentación tras el golpeteo mecánico de los polvosIndica la facilidad de compactación del lecho de polvo, influye en la densidad resultante de la pieza
Óxidos residuales/humedadContaminación superficial por oxígeno o humedadPuede crear defectos durante la sinterización si se superan los umbrales, controlados por ambientes inertes
ReutilizaciónCuántas veces puede reciclarse el polvo en el procesoVaría en función de la contaminación, el endurecimiento por deformación y la degradación de las partículas a lo largo de los ciclos.

Estos parámetros se equilibran para crear polvos "imprimibles" que cumplan los requisitos de los métodos de fabricación aditiva objetivo.

Aplicaciones de Polvos metálicos para impresión 3D

Las posibilidades que ofrecen los distintos materiales metálicos los hacen idóneos para usos muy diversos:

IndustriaAplicacionesComponentes
AeroespacialPiezas estructurales de aviones, componentes de motores a reacción, intercambiadores de calor, instrumentación analíticaÁlabes de turbina, disipadores térmicos, soportes, conductos, válvulas y colectores, soportes de naves espaciales
MédicoImplantes ortopédicos, prótesis, restauraciones dentales, instrumental quirúrgicoImplantes de cadera/rodilla/espina dorsal, placas de cráneo, coronas y puentes personalizados, escalpelos, pinzas, cinceles, ortodoncia
AutomotorComponentes aligerados, piezas de alto rendimiento, utillaje, hardware de transporte de fluidosPiezas compuestas de matriz metálica, pistones, turbocompresores, colectores, conductos de aceite/refrigerante, plantillas y utillajes
IndustrialComponentes de producción de uso final, equipos estructurales ligeros, manipulación de líquidosCarcasas de bombas, válvulas, juntas, herramientas de aditivos para composites, componentes de sensores

La creación rápida de prototipos, la producción única, la personalización masiva y las herramientas especializadas también son casos de uso comunes que aprovechan la libertad de diseño que ofrece la impresión 3D con polvos metálicos.

Especificaciones de los polvos metálicos para los procesos de impresión 3D

Las distribuciones específicas del tamaño de las partículas, las características de forma, los niveles de pureza, la densidad y los objetivos de reciclabilidad varían en función de las tecnologías de impresión compatibles y los usos previstos:

ProcesoTamaño de partículaFactores de formaNormas de purezaDensidad aparenteReutilización
Cama de polvo Fusion 
Sinterización por haz de electrones/láser
15-100 micrasIdeal esférico y redondeado>99%, humedad/oxígeno controladosDensidad máxima teórica superior a 50%Más de 10 veces
Chorro aglomerante20-100+ micrasMenos crítico, puede utilizar subproductos97%+Densidad máxima teórica superior a 50%2-3 veces
Deposición de energía dirigida50-300 micrasSe admiten formas irregulares98%+Densidad máxima teórica superior a 50%No reutilizado

Los fabricantes de materiales tratan de equilibrar estos objetivos para obtener impresiones óptimas. También garantizan que la composición química y la microestructura favorezcan el rendimiento mecánico.

Proveedores y precios del polvo metálico

Muchos fabricantes establecidos y productores emergentes abastecen el creciente mercado de polvos metálicos imprimibles:

ProveedorMaterialesDescripciónPrecios
Sandvik OspreyAceros inoxidables, cromo-cobalto, aleaciones de Ti, aleaciones de NiAmplia cartera para la mayoría de métodos de impresión20-2000 por kg
Tecnología LPWAceros inoxidables, aceros para herramientas, aleaciones de Ni, aleaciones de Ti, exóticosPolvos metálicos destinados a aplicaciones de gama alta4000-50000 por kg
Aditivo para carpinterosAceros inoxidables, aleaciones de Ti, CoCr, aleaciones de Al, aleaciones de CuAleaciones personalizadas y optimización de partículas30-2000$ por kg
Láser de concepto aditivo de GEAceros inoxidables, aceros para herramientas, aleaciones de CoCrPolvos OEM para impresoras láser Concept100-500 por kg
HoganasAceros inoxidables, aceros para herramientasMás centrada en la impresión de metal encuadernado9-20 por kg
ValimetAceros inoxidables, aleaciones de Co, aleaciones de Cu, exóticosEspecialistas en grado de prensado+sinterizado de gran pureza300-5000 por kg

Los precios dependen del volumen de los pedidos, los plazos de entrega, las calidades especiales y la dinámica del mercado. Las grandes series suelen negociar descuentos por volumen.

Comparación de polvos de impresión metálicos en función de factores clave

A la hora de seleccionar los polvos, hay que tener en cuenta la calidad, el coste, la disponibilidad y las aplicaciones:

Ventajas de los polvos de impresión 3D metálicos:

  • Libertad de diseño de los procesos aditivos frente a los sustractivos
  • Geometrías complejas y ligeras optimizadas para la función
  • Consolidación de piezas de varios componentes a "conjuntos impresos"
  • Aleaciones personalizadas adaptadas a las necesidades mecánicas más exigentes
  • Material de entrada de gran pureza para propiedades conocidas
  • Producción "justo a tiempo" de componentes bajo demanda

Contras de los polvos de impresión 3D metálicos

  • Coste generalmente más elevado que la fabricación tradicional a volúmenes inferiores
  • Velocidad de producción limitada en relación con la fabricación en serie
  • Carga de las pruebas de cualificación inicial por aplicación
  • Economías de escala limitadas en las primeras fases de adopción
  • Requiere manipulación especial y entornos controlados
  • Curva de aprendizaje pronunciada para aplicarlo adecuadamente

Con el progreso que reduce los costes y amplía las opciones, la AM metálica logra un equilibrio ideal para un nicho en expansión.

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Preguntas frecuentes

¿Cómo se optimizan específicamente los polvos metálicos para la impresión 3D?

Los proveedores invierten mucho en la caracterización de partículas, la ingeniería de formas, el refinamiento de la pureza, la mejora de la microestructura y la obtención de resultados coherentes adaptados a los requisitos de la tecnología AM. Esto mejora el empaquetado, la capacidad de dispersión, la cinética de sinterización y la fiabilidad.

¿Cuál es el entorno de almacenamiento ideal para los polvos metálicos imprimibles?

Se utilizan contenedores/tolvas sellados con control de humedad y oxígeno con relleno de gas inerte seco para evitar la contaminación que interrumpiría la impresión. El acero inoxidable o las aleaciones de níquel ayudan a minimizar la reactividad adicional. También deben tomarse las precauciones de EPI adecuadas durante la manipulación.

¿Cómo deben tratarse las impresiones defectuosas o recicladas para la recuperación de polvo metálico?

Los polvos no sinterizados tras una impresión fallida o completada pueden filtrarse, tamizarse en fracciones de tamaño y analizarse para detectar contaminación antes de volver a mezclarse con polvo fresco en proporciones controladas, normalmente 10-30% niveles máximos de contaminación.

¿Qué proceso de impresión metálica en 3D utiliza el mayor rango de tamaños de partícula?

La inyección de aglutinante admite el espectro más amplio, desde 20 micras hasta más de 100 micras, ya que el polvo sólo se adhiere, no se fusiona directamente mediante láser o haces de electrones, que requieren distribuciones de tamaño más ajustadas.

¿Qué materiales ofrecen la mejor resistencia al desgaste?

El cromo-cobalto, seguido de las superaleaciones de níquel, ofrecen por lo general las mejores prestaciones frente al desgaste, con niveles de dureza superiores a 50 HRC, conservando la resistencia y la dureza a altas temperaturas de funcionamiento, lo que las hace ideales para cojinetes metal-metal, herramientas de corte y aplicaciones similares.

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