Bienvenido al fascinante mundo de las máquinas de fabricación aditiva (AM) Estos increíbles dispositivos están revolucionando nuestra forma de crear, diseñar y fabricar productos. Imagine poder construir objetos capa a capa, utilizando materiales como metales, plásticos y cerámica, directamente a partir de modelos digitales. ¿Suena a ciencia ficción? Pues ya está ocurriendo
En este artículo nos adentraremos en los entresijos de la Máquinas AMnos centraremos en sus aplicaciones, ventajas y, por supuesto, en los polvos metálicos que alimentan su magia. Exploraremos los tipos de polvos metálicos utilizados, su composición, propiedades y mucho más. Abróchese el cinturón y prepárese para un apasionante viaje por el mundo de las máquinas de AM.
Visión general de las máquinas AM
La fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, consiste en crear objetos añadiendo material capa a capa. A diferencia de los métodos de fabricación tradicionales, que a menudo implican restar material (cortar, taladrar, etc.), la fabricación aditiva se basa en la precisión y la eficiencia. Estas máquinas se utilizan en diversos sectores, como el aeroespacial, la automoción, la sanidad y los bienes de consumo.
¿Qué son las máquinas AM?
Las máquinas de AM son dispositivos avanzados que utilizan diseños digitales para construir objetos físicos capa a capa. Trabajan con diversos materiales, como metales, polímeros y cerámica. Estas máquinas pueden crear geometrías complejas imposibles de conseguir con los métodos de fabricación tradicionales.
¿Cómo funcionan las máquinas AM?
Las máquinas de AM siguen un proceso sencillo pero sofisticado:
- Diseño: Se crea un modelo en 3D mediante un programa de diseño asistido por ordenador (CAD).
- Rebanar: El modelo se corta en finas capas.
- Impresión: La máquina añade material capa a capa, siguiendo el plano digital.
- Tratamiento posterior: El objeto impreso se acaba con los tratamientos necesarios, como el pulido o el tratamiento térmico.
Ventajas de las máquinas AM
- Geometrías complejas: Cree diseños intrincados que los métodos tradicionales no pueden lograr.
- Eficiencia material: Desperdicio mínimo en comparación con la fabricación sustractiva.
- Personalización: Modifique fácilmente los diseños para obtener productos personalizados.
- Velocidad: Creación rápida de prototipos y producción.
Tipos de máquinas AM
Analicemos los distintos tipos de máquinas de AM, cada una de ellas con capacidades y aplicaciones únicas.
1. Estereolitografía (SLA)
La SLA utiliza un láser para curar resina líquida y convertirla en objetos sólidos. Es ideal para crear prototipos detallados con superficies lisas.
2. Sinterización selectiva por láser (SLS)
El SLS utiliza un láser para fundir material en polvo. Es ideal para fabricar piezas duraderas y funcionales de distintos materiales.
3. Modelado por deposición fundida (FDM)
La FDM funde y extrude filamentos termoplásticos para construir objetos. Es una opción popular para aficionados y aplicaciones industriales.
4. Sinterización directa de metales por láser (DMLS)
El DMLS utiliza un láser para sinterizar polvo metálico y crear piezas metálicas resistentes y complejas. Se utiliza mucho en las industrias aeroespacial y médica.
5. Fusión por haz de electrones (EBM)
La EBM utiliza un haz de electrones para fundir polvo metálico. Es perfecto para aplicaciones de alta resistencia y alta temperatura.
Polvos metálicos para máquinas de AM
Los polvos metálicos son el corazón de muchos procesos de AM, especialmente en industrias que exigen gran resistencia y precisión. Estos son algunos de los principales polvos metálicos utilizados en AM:
1. Aleaciones de titanio (Ti-6Al-4V)
Descripción: Las aleaciones de titanio son conocidas por su alta resistencia, bajo peso y excelente resistencia a la corrosión.
Aplicaciones: Aeroespacial, implantes médicos, automoción.
Propiedades: Elevada relación resistencia/peso, biocompatibilidad, excelente resistencia a la fatiga.
2. Acero inoxidable (316L)
Descripción: Aleación versátil conocida por su resistencia a la corrosión y su solidez.
Aplicaciones: Dispositivos médicos, procesamiento de alimentos, industrias químicas.
Propiedades: Alta resistencia, resistencia a la corrosión, buena ductilidad.
3. Inconel (IN625)
Descripción: Una superaleación de níquel-cromo con una excelente resistencia a altas temperaturas y a la corrosión.
Aplicaciones: Industria aeroespacial, generación de energía e industria naval.
Propiedades: Resistencia a altas temperaturas y a la oxidación, alta resistencia.
4. Aleaciones de aluminio (AlSi10Mg)
Descripción: Ligeras y resistentes, las aleaciones de aluminio son ideales para piezas que requieren buenas propiedades térmicas.
Aplicaciones: Automoción, aeroespacial, electrónica de consumo.
Propiedades: Elevada relación resistencia/peso, buena conductividad térmica, resistencia a la corrosión.
5. Acero para herramientas (H13)
Descripción: Conocido por su dureza y resistencia a la abrasión y al desgaste.
Aplicaciones: Herramientas, moldes y matrices.
Propiedades: Alta dureza, resistencia al desgaste, estabilidad térmica.
6. Cromo-cobalto (CoCr)
Descripción: Superaleación conocida por su resistencia al desgaste y su biocompatibilidad.
Aplicaciones: Implantes médicos, prótesis dentales, aeroespacial.
Propiedades: Alta resistencia al desgaste, excelente biocompatibilidad, alta resistencia.
7. Aleaciones de cobre (CuCr1Zr)
Descripción: Las aleaciones de cobre se valoran por su conductividad térmica y eléctrica.
Aplicaciones: Componentes eléctricos, intercambiadores de calor, componentes de motores de cohetes.
Propiedades: Alta conductividad térmica y eléctrica, buena resistencia.
8. Acero martensítico envejecido (1.2709)
Descripción: Acero de alta resistencia con excelente tenacidad y estabilidad dimensional.
Aplicaciones: Aeroespacial, utillaje, ingeniería de alto rendimiento.
Propiedades: Alta resistencia, buena tenacidad, excelente soldabilidad.
9. Aleación de níquel (Hastelloy X)
Descripción: Conocido por su resistencia a la oxidación y a las altas temperaturas.
Aplicaciones: Aeroespacial, procesamiento químico, turbinas de gas industriales.
Propiedades: Resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión.
10. Carburo de wolframio (WC-Co)
Descripción: Extremadamente duro y resistente al desgaste, se utiliza en entornos difíciles.
Aplicaciones: Herramientas de corte, piezas resistentes al desgaste, equipos de minería.
Propiedades: Alta dureza, excelente resistencia al desgaste, alta conductividad térmica.
Composición y propiedades de los polvos metálicos
Aquí’veremos en detalle la composición y las propiedades de estos polvos metálicos:
| Polvo metálico | Composición | Propiedades |
|---|---|---|
| Aleaciones de titanio | Ti, Al, V | Elevada relación resistencia/peso, biocompatibilidad |
| Acero inoxidable | Fe, Cr, Ni, Mo | Resistencia a la corrosión, buena ductilidad |
| Inconel | Ni, Cr, Mo, Nb | Resistencia a altas temperaturas y a la oxidación |
| Aleaciones de aluminio | Al, Si, Mg | Ligereza, conductividad térmica, resistencia a la corrosión |
| Acero para herramientas | Fe, C, Cr, Mo | Dureza, resistencia al desgaste, estabilidad térmica |
| Cromo-cobalto | Co, Cr, Mo | Resistencia al desgaste, biocompatibilidad |
| Aleaciones de cobre | Cu, Cr, Zr | Conductividad térmica y eléctrica, resistencia |
| Acero martensítico envejecido | Fe, Ni, Co, Mo | Alta resistencia, tenacidad y soldabilidad |
| Aleación de niquel | Ni, Cr, Mo, Fe | Resistencia a la oxidación, resistencia a altas temperaturas |
| Carburo de tungsteno | WC, Co | Dureza, resistencia al desgaste, conductividad térmica |
Aplicaciones de los polvos metálicos en AM
La versatilidad de los polvos metálicos en AM permite una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias:
| Industria | Aplicaciones |
|---|---|
| Aeroespacial | Componentes del motor, piezas estructurales, intercambiadores de calor |
| Médico | Implantes, prótesis, instrumental quirúrgico |
| Automotor | Piezas ligeras, componentes de motor, piezas personalizadas |
| Electrónica | Disipadores térmicos, conectores, carcasas |
| Herramientas | Moldes, matrices, herramientas de corte |
| Energía | Álabes de turbina, intercambiadores de calor, piezas de generación de energía |
| Bienes de consumo | Joyas, gafas, productos personalizados |
Especificaciones, tamaños, calidades y normas
A la hora de seleccionar polvos metálicos para la AM, es fundamental tener en cuenta sus especificaciones, tamaños, grados y normas:
| Polvo metálico | Especificaciones | Tallas | Los grados | Normas |
|---|---|---|---|---|
| Aleaciones de titanio | ASTM B348, AMS 4999 | 15-45µm, 45-106µm | Ti-6Al-4V ELI | ASTM F2924, ISO 5832-3 |
| Acero inoxidable | ASTM A276, ASTM F138 | 10-50µm, 20-63µm | 316L, 17-4 PH | ASTM F138, ISO 5832-1 |
| Inconel | AMS 5666, UNS N06625 | 15-45µm, 20-60µm | IN625, IN718 | ASTM B443, AMS 5662 |
| Aleaciones de aluminio | ASTM B209, AMS 4225 | 20-63µm, 10-50µm | AlSi10Mg, AlSi12 | ASTM B918, ISO 3522 |
| Acero para herramientas | ASTM A681, AISI H13 | 15-45µm, 20-60µm | H13, D2 | ASTM A681, DIN 1.2344 |
| Cromo-cobalto | ASTM F75, ISO 5832-12 | 15-45µm, 10-50µm | CoCrMo, CoCrW | ASTM F75, ISO 5832-12 |
| Aleaciones de cobre | ASTM B152, C18150 | 10-50µm, 15-45µm | CuCr1Zr, C18150 | ASTM B187, AMS 4980 |
| Acero martensítico envejecido | AMS 6514, AISI 18Ni(300) | 10-45µm, 20-60µm | 1.2709, 18Ni(300) | AMS 6520, DIN 1.6358 |
| Aleación de niquel | ASTM B435, UNS N06002 | 10-45µm, 20-60µm | Hastelloy X, N06002 | ASTM B435, AMS 5754 |
| Carburo de tungsteno | ISO 9001, ASTM B777 | 5-20µm, 10-45µm | WC-Co, ligado con cobalto | ISO 9001, ASTM B777 |
Proveedores y precios
He aquí algunos de los principales proveedores de polvos metálicos y sus precios:
| Proveedor | POLVOS METÁLICOS | Gama de precios (por kg) |
|---|---|---|
| Höganäs AB | Acero inoxidable, acero para herramientas | $50 – $200 |
| Tecnología Carpenter | Aleaciones de titanio, Inconel | $300 – $600 |
| Sandvik | Acero inoxidable, acero martensítico envejecido | $100 – $400 |
| Tecnología LPW | Cromo-cobalto, Inconel | $250 – $700 |
| Aditivos GKN | Aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio | $150 – $500 |
| AP&C (Aditivo GE) | Aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio | $200 – $800 |
| HC Starck | Carburo de tungsteno, cromo-cobalto | $100 – $300 |
| Arcam AB | Aleaciones de titanio, acero inoxidable | $200 – $600 |
| Erasteel | Acero para herramientas, acero martensítico envejecido | $150 – $400 |
| Aubert & Duval | Aleaciones de níquel, acero para herramientas | $200 – $500 |
Ventajas y limitaciones de Máquinas AM
Como cualquier tecnología, las máquinas AM tienen sus puntos fuertes y débiles:
Ventajas
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Libertad de diseño | Cree geometrías complejas y diseños intrincados. |
| Eficiencia material | Desperdicio mínimo, ya que el material se añade capa a capa. |
| Personalización | Modifique fácilmente los diseños para obtener productos personalizados. |
| Creación rápida de prototipos | Rapidez desde el diseño hasta el producto acabado. |
| Producción a la carta | Producir piezas según las necesidades, reduciendo los costes de inventario. |
Limitaciones
| Limitación | Explicación |
|---|---|
| Limitaciones materiales | No todos los materiales son adecuados para los procesos de AM. |
| Acabado superficial | Puede requerir un tratamiento posterior para conseguir la calidad de superficie deseada. |
| Limitaciones de tamaño | Volumen de fabricación limitado en comparación con los métodos de fabricación tradicionales. |
| Coste | Inversión inicial elevada en equipos y materiales. |
| Velocidad | Más lenta que algunos métodos de fabricación tradicionales para la producción a gran escala. |
Composición y características de las máquinas AM
Comprender la composición y las características de las máquinas de AM es crucial para seleccionar la máquina adecuada a sus necesidades.
Tipos y características de las máquinas AM
| Tipo | Material | Caracteristicas |
|---|---|---|
| ANS | Resina fotopolímera | Alta precisión, acabado superficial liso, ideal para prototipos |
| SLS | Nylon, poliamida, metal | Piezas resistentes y duraderas, adecuadas para prototipos funcionales |
| FDM | Filamento termoplástico | Asequible, bueno para prototipado rápido y aficionados |
| DMLS | Polvo metálico (Ti, Al, SS) | Piezas metálicas intrincadas de alta resistencia, utilizadas en la industria aeroespacial, médica, etc |
| EBM | Polvo metálico (Ti, CoCr) | Piezas de alta temperatura y alta resistencia, utilizadas en industrias críticas |
Propiedades de las máquinas AM
| Propiedad | Descripción |
|---|---|
| Construir volumen | El tamaño máximo del objeto que se puede imprimir. |
| Resolución de capas | Espesor de cada capa, lo que repercute en el acabado y el detalle de la superficie. |
| Compatibilidad de materiales | Gama de materiales que puede utilizar la máquina. |
| Velocidad de impresión | Velocidad a la que la máquina puede imprimir, lo que afecta al tiempo de producción. |
| Precisión | Precisión de las piezas impresas, crucial para aplicaciones de alta precisión. |
Aplicaciones y casos de uso de las máquinas de AM
Las máquinas de AM son herramientas versátiles que se utilizan en diversos sectores. Veamos algunas aplicaciones comunes:
Aeroespacial
Las máquinas de AM se utilizan para crear componentes ligeros y de alta resistencia, como piezas de motores y componentes estructurales. La capacidad de producir geometrías complejas reduce el peso y aumenta la eficiencia de los componentes aeroespaciales.
Médico
En el campo médico, las máquinas AM producen implantes, prótesis e instrumentos quirúrgicos a medida. La precisión y la capacidad de personalización garantizan que los dispositivos médicos se adapten perfectamente a los pacientes, mejorando los resultados y la comodidad.
Automotor
La industria del automóvil utiliza máquinas de AM para crear piezas ligeras, componentes a medida y prototipos. Esta tecnología permite crear prototipos y probar nuevos diseños con rapidez, lo que acelera el proceso de desarrollo.
Bienes de consumo
Las máquinas de AM permiten producir bienes de consumo diseñados a medida, desde joyas a gafas. La posibilidad de personalizar los productos atrae a los consumidores que buscan artículos únicos y a medida.
Electrónica
En electrónica, las máquinas de AM crean carcasas, disipadores de calor y conectores. La precisión y la capacidad de los materiales de la AM garantizan que los componentes electrónicos cumplan las especificaciones necesarias de rendimiento y durabilidad.
Herramientas
Las máquinas de AM se utilizan para crear moldes, matrices y herramientas de corte con geometrías complejas y alta precisión. Esta aplicación reduce los plazos de entrega y los costes asociados a los métodos tradicionales de fabricación de herramientas.
Comparación de polvos metálicos para Máquinas AM
A la hora de elegir polvos metálicos para la AM, es esencial comparar sus características e idoneidad para aplicaciones específicas.
Aleaciones de titanio frente al acero inoxidable
Aleaciones de titanio son conocidos por su elevada relación resistencia-peso y su biocompatibilidad, lo que los hace ideales para aplicaciones aeroespaciales y médicas. Acero inoxidablepor el contrario, ofrece una excelente resistencia a la corrosión y solidez, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones industriales.
Inconel frente a aleaciones de aluminio
Inconel es una superaleación de níquel-cromo conocida por su resistencia a altas temperaturas y a la oxidación, ideal para la industria aeroespacial y la generación de energía. Aleaciones de aluminio son ligeros y tienen buenas propiedades térmicas, lo que los hace adecuados para aplicaciones de automoción y electrónica de consumo.
Acero para herramientas vs. Cromo-cobalto
Acero para herramientas se valora por su dureza y resistencia al desgaste, lo que lo hace ideal para aplicaciones de utillaje. Cromo-cobalto ofrece alta resistencia al desgaste y biocompatibilidad, adecuada para implantes médicos y prótesis dentales.
Aleaciones de cobre frente al acero martensítico envejecido
Aleaciones de cobre proporcionan una excelente conductividad térmica y eléctrica, por lo que son adecuados para componentes eléctricos e intercambiadores de calor. Acero martensítico envejecido ofrece gran resistencia y tenacidad, ideal para aplicaciones aeroespaciales y de ingeniería de alto rendimiento.
Preguntas más frecuentes
| Pregunta | Respuesta |
|---|---|
| ¿Qué es la fabricación aditiva? | La fabricación aditiva (AM) es un proceso de creación de objetos mediante la adición de material capa a capa. |
| ¿Cómo funcionan las máquinas AM? | Las máquinas de AM utilizan diseños digitales para añadir material capa a capa, creando un objeto físico. |
| ¿Qué materiales pueden utilizarse en las máquinas de AM? | Las máquinas de AM pueden utilizar diversos materiales, como metales, polímeros y cerámicas. |
| ¿Cuáles son las ventajas de las máquinas AM? | Entre sus ventajas figuran la libertad de diseño, la eficiencia de los materiales, la personalización, la creación rápida de prototipos y la producción bajo demanda. |
| ¿Cuáles son las limitaciones de las máquinas AM? | Las limitaciones incluyen restricciones de material, calidad del acabado superficial, restricciones de tamaño, coste y velocidad. |
| ¿Qué industrias utilizan máquinas AM? | Los sectores son el aeroespacial, médico, de automoción, electrónico, de bienes de consumo y de herramientas. |
| ¿Cómo elegir el polvo metálico adecuado para la AM? | Tenga en cuenta factores como los requisitos de la aplicación, las propiedades del material y la compatibilidad con su máquina de AM. |
| ¿Cuáles son los polvos metálicos más utilizados en AM? | Entre los polvos metálicos más comunes se encuentran las aleaciones de titanio, el acero inoxidable, el Inconel, las aleaciones de aluminio, el acero para herramientas y el cromo-cobalto. |
| ¿Pueden las máquinas de AM producir piezas funcionales? | Sí, las máquinas de AM pueden producir piezas funcionales de gran precisión y durabilidad. |
| ¿Cuál es el futuro de las máquinas AM? | El futuro de las máquinas de AM es prometedor, con avances en materiales, procesos y aplicaciones que impulsan el crecimiento. |
