Impresión 3D en Metal: Tipos y Especificaciones de Aleaciones y Polvos

Ya sea creando prototipos para componentes de aplicación, engranajes de precisión o joyería, cada vez más fabricantes recurren a las capacidades que ofrece la impresión 3D en metal. También llamada fabricación aditiva, este proceso se basa en una tecnología que utiliza polvo metálico en un proceso de estratificación para producir la pieza tridimensional. Existen varios métodos utilizados en el proceso de impresión 3D en metal, incluidos la fusión selectiva por láser (SLM), la fusión por haz de electrones (EBM) y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS).

Para los procesos SLM y DMLS, la cámara se llena con un gas inerte mientras un láser funde o fusiona las partículas del polvo metálico. Luego se añade otra capa de polvo a medida que se repite el procedimiento hasta crear el componente completo. El proceso SLM suele utilizar un solo polvo metálico para crear una pieza, ya que el polvo tiene un único punto de fusión. El método DMLS utilizará varias aleaciones metálicas que tienen diferentes temperaturas de fusión para construir la pieza.

Tipos y Propiedades de Metales y Aleaciones

Los metales y aleaciones utilizados en la impresión 3D en metal ofrecen a los fabricantes una alternativa de bajo costo para construir componentes para una multitud de industrias y aplicaciones. Los materiales metálicos comunes son superaleaciones a base de níquel como Inconel, aleaciones de cobre, aleaciones de cobalto-cromo, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, aceros inoxidables, metales preciosos como el oro y la plata, y aceros para herramientas. Algunos fabricantes también pueden desarrollar polvos metálicos específicos para su uso. Las características y propiedades de estos metales y aleaciones son:

Superaleaciones a base de níquel (Inconel): Las superaleaciones a base de níquel son excelentes para componentes que se utilizarán en entornos de temperatura extrema y corrosión. El Inconel puede soportar temperaturas de hasta 1200 °C y es ideal donde se produce corrosión por la intemperie y el agua salada, ya que el metal tiene una alta resistencia. Las propiedades mecánicas de las superaleaciones a base de níquel también son magníficas, lo que hace que este polvo metálico sea adecuado para muchas aplicaciones comerciales.

Especificaciones de materiales de aleaciones a base de níquel: Inconel 625, Inconel 713, Inconel 718, Inconel 738, Hastelloy X

Aleaciones de titanio: Para componentes utilizados en la industria médica, se prefieren las aleaciones de titanio debido a su biocompatibilidad. Es altamente resistente a la corrosión que pueden causar los fluidos corporales humanos y no provocará reacciones negativas para la salud, ya que se puede fabricar en implantes. Además, las aleaciones de titanio también tienen una baja expansión térmica y una excelente relación resistencia-peso para las aplicaciones.

Especificaciones de materiales de aleaciones de titanio: Titanium grade 2, Ti6Al4V, TiAL6Nb7, Ti6Al4V ELI

Aleaciones de cobalto-cromo: Al igual que el titanio, las aleaciones de cobalto-cromo también son biocompatibles. Estas aleaciones extremadamente duras son deseadas para aplicaciones donde se requiere una excelente resistencia al desgaste y a la corrosión.

Especificaciones de materiales de aleaciones de cobalto-cromo: ASTM F75, CoCrWc

Aleaciones de aluminio: Cuando el peso del material final es un factor determinante, generalmente se eligen aleaciones de aluminio. Proporcionan una buena conductividad eléctrica, así como propiedades mecánicas y térmicas. Estas aleaciones también son de baja densidad. Un inconveniente de los polvos de aleación de aluminio es su baja dureza, lo que podría provocar la fatiga del componente cuando se utiliza en aplicaciones con altas tensiones o cargas.

Especificaciones de materiales de aleaciones de aluminio: ALSi12, ALSi7Mg, ALSi10Mg

Aceros inoxidables y aceros para herramientas: Los aceros inoxidables, así como los aceros para herramientas (variedades de acero al carbono y de aleación), se desean comúnmente para aplicaciones donde el producto impreso en 3D requiere propiedades de alta resistencia y dureza para una mayor resistencia al desgaste. Estos metales también proporcionan buena soldabilidad y son dúctiles para las aplicaciones.

Especificaciones de materiales de aceros inoxidables: SS 316 L, SS 304, SS 440, SS 410, 17-4 PH, 15-5 PH

Metales preciosos: Los metales preciosos como el oro, la plata, el paladio y el platino se utilizan en aplicaciones de fabricación de joyería. Estos metales pueden proporcionar un acabado estéticamente agradable para aplicaciones donde se desean características delicadas y geométricas.

Cobre puro y aleaciones de cobre: Aunque el cobre tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, estos metales no se utilizan comúnmente en la fabricación aditiva. Debido a sus propiedades superficiales, las aleaciones de cobre y el cobre puro reflejarán la radiación del láser de longitudes de onda de 1 micra hacia el equipo, causando daños en la maquinaria. Además, el material absorbe rápidamente la luz infrarroja a medida que pasa por un proceso de refusión inestable e intermitente. Sin embargo, organizaciones incluida la NASA están cambiando hacia el desarrollo de nuevas aleaciones de cobre y el uso de láseres verdes con longitudes de onda de 515 nm en aplicaciones de impresión 3D en metal.

Al seleccionar polvos metálicos para crear impresiones 3D en metal, los polvos deben poseer una alta densidad de empaquetamiento y una baja porosidad para evitar la fatiga y las fracturas de los componentes durante la construcción. El polvo también debe constar de partículas esféricas con tamaños de 50 micrómetros a 150 micrómetros, según la aplicación, ya que necesita tener una microestructura fina para una buena salida de flujo y distribución del recubrimiento. Para obtener más información sobre los polvos metálicos utilizados en la impresión 3D en metal, póngase en contacto con Belmont Metals.