Guía completa de equipos slm

Visión general

slmque significa fusión selectiva por láser, es un proceso de fabricación aditiva que utiliza un láser para fundir y fusionar selectivamente material metálico en polvo capa por capa para construir una pieza en 3D. Es una de las tecnologías de impresión 3D de metales más utilizadas en la actualidad.

Algunas cosas clave que hay que saber sobre los equipos slm:

• Trabaja con varios metales, incluidos aceros inoxidables, titanio, aluminio, aleaciones de níquel, etc.
• Utiliza un láser de alta potencia para fundir selectivamente partículas de polvo metálico en un lecho de polvo.
• Construye piezas capa a capa extendiendo finas capas de polvo y escaneando el láser para fundir la sección transversal.
• Produce piezas metálicas totalmente densas con propiedades mecánicas comparables a las de la fabricación tradicional.
• Permite geometrías complejas que no son posibles con los métodos sustractivos convencionales
• Adecuada para la producción de lotes pequeños, piezas personalizadas y prototipos rápidos
• las máquinas slm constan de un láser, un sistema de escáner, un lecho de polvo, un mecanismo de recubrimiento y mucho más

Esta guía ofrece una visión completa de los equipos de fusión selectiva por láser (slm) que abarca el funcionamiento, los tipos, las aplicaciones, las especificaciones, los proveedores, la instalación, el funcionamiento, el mantenimiento y mucho más. ¡Exploremos el mundo de los equipos de fusión selectiva por láser!

Tipos de equipos slm

Existen varias categorías y tipos de equipos slm de distintos fabricantes. He aquí una comparación:

Tipo de equipo	Tamaño del edificio	Tipo láser	Características principales
Slm de sobremesa	50-150 mm	Fibra, CO2	Tamaño compacto, menor coste, I+D, piezas pequeñas
Slm de sobremesa	150-300 mm	Fibra, CO2	Mayor volumen de construcción, coste moderado
Slm industrial	300-500 mm	Fibra, CO2	Producción automatizada de alta capacidad
Slm de gran formato	500+ mm	Fibra	Para piezas grandes, alta productividad

Los principales factores que diferencian los tipos de máquinas slm son:

• Construir volumen - Tamaño máximo de la pieza que se puede imprimir. Oscila entre unos pocos cm en sistemas de sobremesa y >1 m en sistemas de gran tamaño.
• Tipo láser - Los láseres de fibra permiten un procesamiento más rápido. Los láseres de CO2 son más baratos.
• Automatización - Los sistemas industriales tienen mayores niveles de automatización y control.
• Uso de gas inerte - Las máquinas más grandes suelen utilizar gas argón inerte, mientras que las más pequeñas utilizan aire.
• Precio - Los modelos de sobremesa y de mesa tienen un coste inferior y una capacidad reducida.

En resumen, los equipos slm de sobremesa son adecuados para la creación de prototipos y la I+D, mientras que los sistemas industriales y de gran formato están diseñados para aplicaciones de producción en serie. Tenga en cuenta el tamaño de la estructura, el precio, las necesidades de calidad y otros requisitos a la hora de seleccionar un tipo de máquina slm.

Componentes de equipos slm

Las máquinas slm constan de varios subsistemas y componentes principales que funcionan conjuntamente para permitir el proceso de fabricación aditiva. Estos son los componentes clave:

Componente	Descripción
Láser	Proporciona energía térmica focalizada para fundir selectivamente el material en polvo
Sistema de escaneado	Controla y posiciona el rayo láser con precisión
Lecho de polvo	Sujeta y extiende las capas de polvo metálico
Recobrador	Esparce y nivela el polvo fresco sobre el área de construcción
Suministro de polvo	Alimenta polvo nuevo desde el cartucho/contenedor
Placa de construcción	Sujeta la pieza impresa a medida que se acumulan capas
Flujo de gas inerte	Atmósfera protectora de gas argón o nitrógeno
Ordenador	Controla el hardware, ejecuta el archivo de construcción
Enfriador	Enfría el láser y las ópticas sensibles
Filtros	Captura el exceso de polvo y partículas

El láser es uno de los componentes más importantes. Las máquinas slm suelen utilizar un láser de fibra (dopado con iterbio) o un láser de CO2 con potencias de 100 a 1.000 vatios. El sistema de escaneado láser dirige el haz láser a través de la superficie del lecho de polvo y escanea la sección transversal de cada capa.

Otro hardware clave incluye el lecho de polvo que contiene el polvo de la materia prima, el recubridor para extender nuevas capas de polvo, el sistema de flujo de gas inerte, varios sensores y mucho más. El software de control integrado convierte los datos CAD en instrucciones que el equipo debe seguir capa por capa.

Especificaciones del equipo slm

Las máquinas slm pueden compararse según diversas especificaciones técnicas y parámetros de rendimiento. Estas son algunas especificaciones clave a tener en cuenta para los sistemas slm:

Especificación	Alcance típico
Construir volumen	50 mm - 500 mm de longitud de canto
Grosor de la capa	20-100 micras
Potencia del láser	100-1000W
Velocidad de exploración	Hasta 10 m/s
Tamaño del haz	50-100 micras
Material en polvo	Acero inoxidable, titanio, aleaciones de Ni, aleaciones de Al, etc.
Materiales de apoyo	La mayoría de las aleaciones soldables
Precisión	± 0,1-0,2% precisión dimensional
Acabado superficial	Rugosidad de hasta 15 micras

Otros factores, como el uso de consumibles de gas inerte, la eficacia del sistema de filtrado, las capacidades del software, etc., también diferencian los modelos de equipos slm y su rendimiento. En general, los sistemas industriales ofrecen mayores volúmenes de construcción, mayor potencia láser, velocidades de escaneado más rápidas y mejor control del proceso en comparación con los modelos de sobremesa.

Consideraciones sobre el diseño del equipo slm

Las máquinas slm requieren un diseño y una ingeniería de precisión en todos los sistemas ópticos, mecánicos, electrónicos y de software. Algunos factores clave del diseño son:

• Óptica láser - Sistema galvo/espejo bien configurado para una dirección láser y un dimensionamiento del punto precisos.
• Manipulación del polvo - Minimiza los atascos y garantiza un flujo suave del polvo.
• Flujo de gas - Gestión del flujo laminar a través del lecho de polvo.
• Placa de construcción - Soportan altas temperaturas repetidas.
• Controla - Control y ajuste precisos de los parámetros en tiempo real.
• Filtros - Captura de partículas metálicas y polvo a escala micrométrica.
• Prevención de la contaminación - Mantener limpia la óptica sensible.
• Calibración - Mantener la alineación y la calibración durante el funcionamiento.
• Preparación para la automatización - Permite la integración de sistemas de manipulación de materiales.

El diseño cuidadoso de los equipos slm es necesario para lograr construcciones repetibles y de alta calidad en un entorno de producción. Los principales fabricantes siguen perfeccionando el hardware y el software para mejorar el control del proceso.

slm Proveedores de equipos

Hay una serie de empresas que fabrican y ofrecen soluciones de equipos slm. Estos son algunos de los principales proveedores:

Proveedor	Marcas/modelos de equipos
EOS	Serie EOS M, serie EOS P
Soluciones SLM	SLM®125, SLM®280, SLM®500, SLM®800
Aditivos GE	Concept Laser M2, MLine, XLine 500R
Sistemas 3D	ProX® DMP 100, 200, 300, 320
Trumpf	TruPrint 1000, 3000, 5000
Renishaw	RenAM 500Q, RenAM 500M
Sisma	Sisma Mysint100, Mysint300

Además, cada vez hay más proveedores de Asia que ofrecen equipos slm de sobremesa más asequibles, entre ellos:

• Farsoon
• 3D más largo
• Raycham
• Wiiboox
• Creality

A la hora de seleccionar un proveedor de equipos slm, las consideraciones clave incluyen la calidad de fabricación, la fiabilidad, el servicio, la atención al cliente, las funciones de manipulación de polvo, las capacidades de software, el precio y las experiencias previas de los usuarios. Los principales fabricantes de equipos originales suelen ofrecer tecnología y rendimiento probados.

Precios de los equipos slm

El coste de los equipos slm puede variar mucho en función del volumen de fabricación, las características y el fabricante. A continuación se ofrece un resumen de los precios habituales:

slm Tipo de equipo	Coste aproximado
Slm de sobremesa	$50,000 – $150,000
Slm de sobremesa	$150,000 – $300,000
Slm industrial	$300,000 – $1,000,000
Slm de gran formato	$1,000,000+

En general, los sistemas slm industriales de los fabricantes de equipos originales cuestan entre $300.000 y $1.000.000. Los envolventes más grandes, los láseres de mayor potencia y la mayor automatización aumentan el precio.

Hay modelos de sobremesa asequibles de proveedores asiáticos por menos de $100.000. Muchos ofrecen funciones similares a las de los equipos más caros, pero pueden carecer de fiabilidad, rendimiento o servicio.

Los costes totales también incluyen los costes de funcionamiento continuado de los polvos metálicos, los filtros, los suministros de gas, el mantenimiento, las reparaciones y las piezas de repuesto, que pueden ser considerables. Deben tenerse en cuenta tanto los costes de adquisición del equipo como los de funcionamiento.

Instalación de equipos slm

La correcta instalación de los equipos slm contribuye a garantizar un funcionamiento seguro y óptimo. A continuación se indican los pasos clave de la instalación:

• Desembale con cuidado los componentes de la máquina y compruebe que no estén dañados.
• Colóquelo sobre un bastidor o mesa resistente para minimizar las vibraciones.
• Plataforma de construcción nivelada con precisión.
• Conectar enfriador, suministros de gas, conductos de ventilación.
• Instalar unidad de extracción de humos/filtro.
• Conectar la alimentación eléctrica.
• Instalar y calibrar todas las ópticas y la trayectoria del láser.
• Movimiento de prueba del sistema de recubrimiento y polvo.
• Integrar sensores de vigilancia.
• Establecer un sistema de manipulación de polvo de circuito cerrado.
• Inicializar y calibrar los ajustes de la máquina.
• Realización de pruebas de muestra y validación de la calidad.

También se requiere una preparación adecuada de las instalaciones, que incluya espacio, suministro eléctrico, temperatura/humedad estable, ventilación, capacidad de manipulación de materiales peligrosos, etc. La instalación suele correr a cargo de los representantes del fabricante del equipo.

slm Funcionamiento del equipo

El funcionamiento de una máquina slm requiere una supervisión cuidadosa, el control del sistema, protocolos estándar y la validación de la construcción. Estos son los procedimientos operativos clave:

• Importación y preparación del modelo CAD 3D en el software de corte.
• Seleccione los parámetros del proceso y genere los archivos de construcción.
• Tamizar y cargar el polvo metálico en el sistema.
• Seleccione y monte la placa de montaje.
• Ajuste el grosor de la capa, la potencia del láser, la velocidad, etc.
• Iniciar el flujo de gas inerte y precalentar el lecho de polvo.
• Iniciar el esparcimiento del polvo de la primera capa y el escaneado láser.
• Controlar periódicamente la temperatura, los niveles de polvo y el flujo de gas.
• Deje que las capas se completen hasta alcanzar la altura total de construcción.
• Retire la placa de montaje cuando haya terminado y recupere la pieza.
• Elimine el exceso de polvo mediante técnicas de chorreado.
• Tratamiento posterior de la pieza según sea necesario: recocido, mecanizado, etc.

Entre los parámetros críticos del proceso que se controlan se incluyen la potencia del láser, el patrón de escaneado, la velocidad de escaneado, la separación entre tramas, el grosor de la capa, la temperatura de precalentamiento y otros. A menudo es necesario realizar controles y ajustes en tiempo real.

Es obligatorio el uso de equipos de seguridad para la protección respiratoria y ocular, así como la formación en el uso de potencias peligrosas. Las piezas también se someten a pruebas de validación para verificar las propiedades requeridas de los materiales.

slm Mantenimiento de equipos

El mantenimiento preventivo rutinario ayuda a maximizar el tiempo de actividad y el rendimiento. Las tareas de mantenimiento incluyen:

• Limpieza - Mantenga la óptica, la trayectoria del láser y los sensores libres de suciedad y residuos.
• Calibración - Realineación y calibración de sensores, láseres y ópticas.
• Cambio de filtros - Sustituya periódicamente los filtros de aire y polvo.
• Recoater - Lubricate/replace recoater blades, adjust gap.
• Láser - Supervise la calidad del haz y ajuste la alineación del resonador.
• Movimiento - Lubricar las etapas lineales, sustituir los componentes desgastados.
• Polvo - Elimine el polvo sobrante con regularidad para evitar que se apelmace.
• Comprobaciones de seguridad - Confirme el estado de los detectores de gas, alarmas y sensores.
• Firmware - Instale las actualizaciones de software y firmware del proveedor.

Los fabricantes proporcionan manuales de mantenimiento en los que se detallan los programas de mantenimiento diarios, semanales y mensuales recomendados. Las piezas consumibles, como filtros y cuchillas de repintado, requieren cambios rutinarios. Los contratos de mantenimiento pueden proporcionar un servicio preventivo regular.

Aplicaciones de los equipos slm

La tecnología slm es idónea para diversas aplicaciones en distintos sectores. Estas son algunas aplicaciones típicas:

Aeroespacial - Álabes de turbina, soportes estructurales, toberas de cohetes

Médico - Implantes ortopédicos, prótesis, instrumental quirúrgico

Automotor - Piezas aligeradas, utillaje a medida

Industrial - Intercambiadores de calor, piezas de conducción de fluidos

Defensa - Componentes para armas de fuego, blindajes

Joyería - Joyas personalizadas de metales preciosos

Las principales ventajas del slm para estas aplicaciones son la consolidación de los ensamblajes en una sola pieza, la reducción de peso, los canales de refrigeración complejos, las formas libres, la rapidez de entrega, etc.

La alta precisión, el pequeño tamaño y las excelentes propiedades mecánicas del slm lo hacen ideal para fabricar componentes ligeros, optimizados y personalizados en todos los sectores.

Cómo seleccionar un proveedor de equipos slm

Seleccionar el equipo y el proveedor de slm adecuados es una decisión importante. Estas son las consideraciones clave a la hora de elegir un proveedor de slm:

• Calidad de construcción - Evaluar las piezas de muestra para garantizar una buena densidad, propiedades y precisión.
• Fiabilidad - Buscar datos de campo sobre el tiempo medio entre fallos y la longevidad.
• Asistencia técnica - Evaluar el tiempo de respuesta y la infraestructura de apoyo.
• Garantía - Revise las condiciones de garantía del hardware, la óptica, etc.
• Formación - Compruebe la disponibilidad de formación sobre funcionamiento y mantenimiento.
• Gama de materiales - Considere los materiales en polvo disponibles y su calidad.
• Software - Examine las capacidades del software incorporado y su facilidad de uso.
• Presencia regional - Determinar la disponibilidad de ingenieros de aplicación locales.
• Contratos de servicios - Compare los contratos de mantenimiento postventa y los acuerdos de nivel de servicio.
• Precios - Equilibre el coste de compra, el coste total de propiedad y el valor de rendimiento.

Reduzca la lista de preseleccionados en función de las especificaciones de fabricación, el rango de precios y la tolerancia al riesgo. Programe demostraciones de equipos y evalúe de primera mano la calidad de las piezas de muestra de los posibles proveedores antes de tomar la decisión final de compra.

slm frente a otros procesos de impresión 3D en metal

La slm es una de varias tecnologías de fabricación aditiva de metales, cada una con sus propios perfiles. He aquí cómo se compara la slm:

Proceso	Pros	Contras
Fusión selectiva por láser (slm)	Excelentes propiedades, alta precisión, la mayoría de las aleaciones	Menor velocidad, mayor coste, tensiones residuales
Sinterización directa de metales por láser (DMLS)	Buenas propiedades de los materiales, bajos costes	Problemas de porosidad en algunas aleaciones
Fusión por haz de electrones (EBM)	Excelentes propiedades estructurales, densidad casi completa	Menos aleaciones admitidas, precisión moderada
Deposición de energía dirigida (DED)	Piezas grandes, deposición de metales, reparaciones	Menor resolución, mayor coste

Diferencias clave:

• slm produce estructuras totalmente densas y sin huecos en una gama más amplia de aleaciones, pero a velocidades de fabricación más bajas.
• El polvo DMLS se sinteriza en lugar de fundirse por completo, lo que limita el rendimiento del material.
• La EBM requiere vacío, admite menos aleaciones pero ofrece excelentes propiedades de los materiales.
• La DED tiene menor precisión pero admite aplicaciones de deposición de metales de gran tamaño.

Para la mayoría de los componentes de producción de alto valor, el slm proporciona propiedades de material superiores. Pero para grandes reparaciones o formas más sencillas, DED o DMLS pueden ser más rentables.

Ventajas y limitaciones de la slm

Como cualquier tecnología, la slm tiene ventajas y limitaciones que hay que tener en cuenta:

Ventajas

• Gran precisión dimensional y acabado superficial fino
• Excelentes propiedades mecánicas que se mantienen durante toda la fabricación
• Posibilidad de geometrías complejas y estructuras ligeras
• Piezas y conjuntos consolidados
• Rapidez en las iteraciones de diseño
• Formas, características y diseños personalizados

Limitaciones

• Los envolventes de construcción pequeños limitan el tamaño de las piezas
• Ritmos de producción relativamente lentos
• Admite materiales limitados - sobre todo metales
• Suele ser necesario un tratamiento posterior importante
• Las tensiones residuales pueden provocar deformaciones
• Costes elevados de equipos y materiales

Comprender los requisitos de la aplicación y comparar las ventajas y desventajas del proceso para determinar si slm es el proceso de AM más adecuado. slm proporciona una herramienta versátil para la producción de piezas metálicas, pero requiere experiencia para optimizar las aplicaciones.

Preguntas más frecuentes

Aquí encontrará respuestas a algunas preguntas frecuentes sobre los equipos slm:

P: ¿Qué metales pueden procesarse con slm?

R: La mayoría de las aleaciones soldables, incluidos el acero inoxidable, el titanio, las aleaciones de níquel, el aluminio, el acero para herramientas, etc. Continuamente se validan nuevos materiales.

P: ¿Cuáles son las resoluciones de capa típicas de las máquinas slm?

R: El grosor de las capas oscila entre 20 y 100 micras, siendo lo habitual 50 micras. Las capas más finas mejoran el acabado superficial, pero también aumentan el tiempo de fabricación.

P: ¿Qué tamaño de pieza puede fabricarse con slm?

R: Los sistemas de sobremesa admiten formatos de hasta 100-150 mm, mientras que las máquinas slm industriales permiten formatos de 500 mm o más.

P: ¿Qué procesos son necesarios tras la impresión de slm?

R: Los pasos posteriores al procesamiento incluyen la eliminación de soportes, el granallado, el recocido, el mecanizado, el pulido y la aplicación de tratamientos superficiales.

P: ¿Qué tipos de precisión y acabados superficiales se consiguen?

R: La precisión dimensional alcanza ±0,1-0,2% con acabados superficiales de unas 15 micras de rugosidad, en función de los parámetros.

P: ¿Qué precauciones de seguridad son necesarias para el funcionamiento?

R: Un EPI adecuado que incluya mascarillas, gafas protectoras, guantes y formación sobre manipulación de materiales peligrosos. La ventilación adecuada y la manipulación segura del polvo son fundamentales.

P: ¿Qué mantenimiento requieren las máquinas slm?

R: El mantenimiento regular incluye limpieza de óptica/láser, cambios de filtro, eliminación de polvo, lubricación, calibraciones, actualizaciones de firmware, etc.

P: ¿Cuánto se tarda en configurar un trabajo de construcción en una máquina slm?

R: Con los modelos CAD preparados, la orientación de las piezas, el ajuste de parámetros y los tiempos de corte, el inicio de una construcción puede oscilar entre 30 minutos y unas horas.

Conclusión

slm proporciona capacidades transformadoras para la producción de piezas metálicas densas y de alto rendimiento. Comprender los distintos tipos de equipos, principios de funcionamiento, especificaciones, aplicaciones y ventajas permite aprovechar la tecnología con eficacia. Con los continuos avances en máquinas, materiales, software y control de procesos, la slm promete ser aún más competitiva frente a la fabricación convencional.

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