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Los metales se utilizan en diversos sectores industriales para una amplia gama de fines en casi todas partes.
Aparte de la construcción y la fabricación de vehículos, los metales también se utilizan como conductores y semiconductoresrevestimientos, componentes electrónicos o piezas de carcasas en ingeniería eléctrica.
Especialmente aquí, en la automoción, medicina médico y aeroespacial las aplicaciones son a menudo muy específicas y requieren estructuras pequeñas y ajustadas con precisión.
Para realizarlas, se han desarrollado métodos de fabricación cada vez más modernos, cada uno de los cuales ofrece mayor precisión a menor coste y también menor consumo de material.
En particular, los llamados procesos de impresión 3D representan un avance significativo en este sentido.
Proceso de impresión 3D con metales
Sinterización directa de metales por láser
Entre los métodos de impresión 3D con metales, destaca el Sinterizado Directo de Metal por Láser (DMLS), también conocido como Fusión de Lecho Láser de Potencia (LPBF), basado en la tecnología de fusión de lecho de polvo. En este proceso, se proporciona polvo metálico y se funde selectivamente mediante una fuente de energía, normalmente un láser, para crear una estructura 3D.
En el CLAD (laser cladding o cladding, también proceso DED -deposición directa de energía-), un método similar, el polvo metálico se deposita desde una boquilla, de forma parecida a la tinta de una impresora normal. Sin embargo, a la salida de la boquilla, el polvo es fundido directamente por un láser, lo que permite imprimir metal líquido directamente.
Una combinación de la fabricación aditiva y el mecanizado aditivo es el llamado método de corte en frío o pulverización de gas en frío. En este caso, las partículas finas de metal se presionan a través de una boquilla fina con un gas portador (normalmente helio) a alta presión, lo que hace que se deformen plásticamente al impactar contra un sustrato y formen una capa que puede procesarse directamente sin necesidad de fundirla. Sin embargo, este método se utiliza raramente debido a su elevado coste.
Chorro de ligante metálico
También existe chorro de ligante metálico.
De forma similar al proceso de lecho de polvo de plástico, el metal se mezcla con un aglutinante y se une para formar una masa homogénea.
A continuación, la pieza verde resultante se libera del aglutinante mediante procesos térmicos, es decir, quemándola o calentándola con láser, y se le da su forma final.
Modelado por deposición fundida
Similar al proceso plástico, también existe el modelado por deposición fundida (FDM), en el que simplemente se calienta un filamento metálico (normalmente de metales o aleaciones de bajo punto de fusión) hasta que se ablanda y luego se aplica en capas mediante una boquilla.
Todos los métodos mencionados tienen en común que no funcionan con todos los metales. Los metales habituales para la impresión 3D metálica son el aluminio y sus aleaciones, los aceros y las aleaciones de hierro, así como materiales como el galio, el indio, el titanio, el cobalto o el cromo. A pesar de su coste relativamente elevado, actualmente también se utilizan metales preciosos como el oro y la plata. Sin embargo, dar forma a estos metales puede ser algo más difícil. Los metales pesados y los muy duros o de alta fusión se utilizan poco o nada.
Aplicaciones de la impresión 3D metálica
Las aplicaciones más comunes de la impresión 3D metálica son principalmente la creación de prototipos y la investigación y el desarrollo, sobre todo cuando sólo se van a fabricar piezas individuales y no en serie. En este caso, el utillaje para una pieza de fundición suele ser muy caro y puede evitarse hábilmente mediante la impresión 3D.
Los costes energéticos ahorrados en comparación con una pieza de fundición también son significativos. Del mismo modo, el ahorro de material respecto a la materia prima metálica, a menudo cara. Además, especialmente para implantes fabricados individualmente en tecnología médica o piezas de repuesto de máquinas especialmente adaptadas, las ventajas de la impresión 3D con metales son innegables.
A diferencia de la impresión 3D de cerámica o polímeros, no todas las formas o estructuras son fácilmente realizables con la sinterización de metales o la impresión con gas frío, ya que los distintos metales tienen zonas de fusión significativamente diferentes y la aplicación de mezclas o capas específicas no siempre es factible. No obstante, actualmente se están investigando estos métodos para desbloquear aplicaciones aún más flexibles y diversas en el futuro.
Ventajas de la impresión 3D con metales:
- No se necesitan herramientas
- Ahorro en costes energéticos
- Ahorro en materia prima metálica
- Posibilidad de fabricación individual de piezas
Análisis térmico de metales impresos en 3D
El análisis térmico puede caracterizar los metales generados en cuanto a sus propiedades y ayudar a identificar diferencias y desviaciones entre los componentes fabricados convencionalmente y los impresos en 3D con sus métodos.
- Con DSC, puntos de fusión y las transiciones de fase, optimizando las aleaciones para su uso en impresión 3D. (Aplicación del acero aleado)
- A través de dilatometríase puede demostrar el comportamiento de dilatación, así como la dureza y las transiciones de fase. (Aplicación con hierro)
- La conductividad térmica y las propiedades de transferencia de calor tanto de los productos curados como de los polvos y aleaciones pueden caracterizarse bien utilizando THB y los métodos de flash láser. (Aplicación con cobre y aluminio)
- Además, las propiedades termo propiedades eléctricas como la resistencia eléctrica, la conductividad y el coeficiente Seebeck pueden determinarse con precisión con los métodos del análisis térmico moderno. (Aplicación con cobre)
