📟 🔳 👨‍🔬 Impresión 3D con metales: tecnologías e impresoras 🤴🏿 🥛 👡

La impresión en metal 3D se está volviendo cada vez más popular. Y esto no es sorprendente: cada material de impresión de metal ofrece una combinación única de propiedades prácticas y estéticas para cumplir con los requisitos de varios productos, ya sean prototipos, miniaturas, joyas, piezas funcionales o incluso utensilios de cocina.

Las razones para imprimir con metales son tan convincentes que la impresión 3D con metales ya se está introduciendo en la producción en masa. De hecho, algunas partes impresas en 3D ya se han puesto al día, y algunas han superado las producidas por métodos tradicionales en sus propiedades.

La producción tradicional de metales y plásticos es muy derrochadora: en la industria aeronáutica, por ejemplo, hasta el 90% de los materiales se desperdician. La producción, en algunas industrias, no es más del 30% del material utilizado.

La impresión 3D con metales consume menos energía y reduce el desperdicio al mínimo. Además, un producto impreso en 3D terminado puede ser hasta un 60% más liviano que una pieza fresada o fundida. Solo la industria de la aviación ahorrará miles de millones de dólares en combustible al reducir el peso de las estructuras. Pero la fuerza y la ligereza también son necesarias en otras industrias. Sí, y rentabilidad también.

Impresión 3D de metal en casa

¿Qué se puede hacer si desea probar la impresión 3D con metal en casa? Se requieren temperaturas extremadamente altas para la impresión en metal; es poco probable que pueda utilizar una impresora 3D FDM convencional para esto, al menos por ahora. La situación puede cambiar en unos pocos años, pero ahora esto no está disponible para la tecnología 3D doméstica.

Si desea hacer impresiones con apariencia de metal en casa, la mejor opción es usar plástico que contenga partículas de metal.

Como Colorfabb Bronzefill o Bestfilament Bronze .

Estos filamentos contienen un porcentaje significativo de polvos metálicos, pero también suficiente plástico, para imprimir a baja temperatura con cualquier impresora 3D. Al mismo tiempo, contienen una cantidad suficiente de metal para verse, sentirse y tener un peso cercano al peso de un objeto metálico.

Los productos hechos de filamentos que contienen hierro incluso se oxidan bajo ciertas condiciones, lo que agrega credibilidad, pero no podrán oxidarse ni deteriorarse, y esta es su ventaja sobre los objetos metálicos reales.

Las ventajas de tales materiales:

Apariencia de impresión única
Ideal para joyería, figuritas, artículos para el hogar y decoración.
Alta resistencia
Muy baja contracción durante el enfriamiento
Mesa calefactada opcional

Contras:

Baja flexibilidad del producto, dependiendo del diseño de impresión.
No se considera seguro en contacto con los alimentos.
Requiere un ajuste fino de la temperatura de la boquilla y la velocidad de alimentación del filamento
Es necesario el procesamiento posterior de los productos: esmerilado, pulido
Desgaste rápido de la boquilla del extrusor: el filamento con metal es muy abrasivo en comparación con los materiales convencionales

El rango total de temperatura de impresión suele ser 195 ° C - 220 ° C.

Impresión 3D de metal en la industria

Si desea comprar una impresora 3D que imprime metal real para su uso en la empresa, aquí hay dos novedades para usted: buenas y malas.

La buena noticia es que su rango es lo suficientemente amplio y continúa expandiéndose: puede elegir un dispositivo que cumpla con los requisitos técnicos. Más adelante en el artículo puedes verificar esto.

La mala noticia es una cosa: los precios. El costo de las impresoras profesionales de impresión de metales comienza en alrededor de $ 200,000 y crece indefinidamente. Además, incluso si elige y compra el más económico de ellos, un golpe separado será la compra de consumibles, el mantenimiento programado con el reemplazo de componentes y la reparación. No se olvide del personal y los costos de los productos de procesamiento posterior. Y en la etapa de preparación para la impresión, necesitará un software especial y personas que puedan manejarlo.

Si está listo para todos estos gastos y dificultades, siga leyendo, le presentaremos algunas muestras muy interesantes.

https://youtu.be/20R9nItDmPY

Impresión en metal 3D - aplicación

Algunos sectores industriales ya usan impresoras de metal 3D , se han convertido en una parte integral del proceso de producción, que un consumidor común puede no conocer:

el ejemplo más común son los implantes médicos y coronas dentales, puentes, prótesis, que ya se consideran la opción más óptima para los pacientes. Motivo: pueden hacerse más rápido y más barato con una impresora 3D y adaptarse a las necesidades individuales de cada paciente.

El segundo ejemplo, igualmente común: joyas . La mayoría de los grandes fabricantes están pasando gradualmente de la impresión 3D de moldes y ceras a la impresión 3D directa con metal, y la impresión de titanio permite a los joyeros crear productos de diseño previamente imposible.

Además, la industria aeroespacial se está volviendo cada vez más dependiente de los productos de metal impresos en 3D. Ge-AvioAero en Italia es la primera fábrica de impresión totalmente en 3D del mundo que produce componentes de motores a reacción LEAP.

La siguiente industria que usa impresoras 3D para metal es la industria automotriz. BMW, Audi, FCA ya están considerando seriamente la aplicación de tecnología en la producción en masa, y no solo en la creación de prototipos, donde han estado utilizando la impresión 3D durante muchos años.

Parecería: ¿por qué reinventar la rueda? Pero aquí, la impresión 3D con metal ha encontrado aplicación. Desde hace varios años, los fabricantes de componentes y cuadros de bicicleta han estado utilizando la impresión 3D. No solo en el mundo, sino también en Rusiaganó distribución. El fabricante de bicicletas exclusivas Triton está completando un proyecto con un elemento impreso en 3D de un marco de titanio, que permitió reducir su peso sin comprometer la resistencia.

Pero antes de que la impresión 3D con metales realmente capture el mundo, será necesario superar varios problemas serios. En primer lugar, es el alto costo y la baja velocidad de producción de grandes lotes por este método.

Impresión en metal 3D - tecnología

Se puede decir mucho sobre el uso de impresoras 3D de impresión metálica. Hay una especificidad, pero los problemas básicos son los mismos que con cualquier otra impresora 3D: limitaciones de software y hardware, optimización de materiales e impresión con varios materiales. No hablaremos mucho sobre software, solo mencionamos que las editoriales más grandes, como Autodesk, SolidWorks y SolidThinking, desarrollan productos de software para su uso en impresión a granel con metales para que los usuarios puedan realizar un producto de cualquier forma imaginable.

Recientemente, han aparecido ejemplos de que las piezas de metal impresas en 3D pueden ser tan fuertes como los componentes de metal fabricados tradicionalmente y, en algunos casos, incluso superarlas. Creado con DMLS, los productos tienen las mismas propiedades mecánicas que sus homólogos de fundición sólida.

Veamos las tecnologías metálicas disponibles de la impresión 3D:

Proceso n. ° 1: Capa Powder Fusion

El proceso de impresión 3D con metales, que las empresas más grandes usan hoy en día, se conoce como fusión o sinterización de la capa de polvo. Esto significa que un láser u otro haz de alta energía fusiona partículas de un polvo metálico distribuido uniformemente, creando capas de producto, una tras otra.

Hay ocho fabricantes principales de impresoras de impresión de metal en 3D en el mundo, la mayoría de ellos ubicados en Alemania. Sus tecnologías se abrevian como SLM (fusión selectiva con láser) o DMLS (sinterización directa de metal por láser).

Proceso # 2: chorro de aglomerante

Otro método profesional con la unión capa por capa es la unión de partículas metálicas para su posterior cocción en un horno de alta temperatura, donde las partículas se fusionan bajo presión, formando un solo metal entero. El cabezal de impresión aplica la solución de unión al sustrato de polvo en capas, como una impresora normal, en hojas de papel, después de lo cual el producto se envía para la cocción.

Otra tecnología similar pero diferente, que se basa en la impresión FDM: mezclar polvo metálico en una pasta metálica. Usando extrusión neumática, una impresora 3D la extruye, al igual que una impresora 3D de construcciónhace esto con cemento para formar objetos 3D. Después de imprimir la forma deseada, los objetos también se sinterizan en el horno. Esta tecnología utiliza Mini Metal Maker, quizás la única impresora 3D más o menos asequible para impresión de metal ($ 1600). Agregue el costo de una pequeña estufa de asar.

Proceso # 3: Fusion

Puede pensar que entre las tecnologías de impresión metálica no existe una FDM similar, sin embargo, esto no es del todo cierto. No podrá derretir un hilo metálico en el extremo caliente de su impresora 3D, pero los grandes fabricantes poseen esta tecnología y la utilizan. Hay dos formas principales de imprimir con material totalmente metálico.

Uno de ellos se llama DED (Deposición de Energía Dirigida), o revestimiento con láser. Utiliza un rayo láser para fusionar el polvo metálico, que se libera lentamente y se deposita desde la extrusora, formando las capas del objeto utilizando un manipulador industrial.

Esto generalmente se hace dentro de una cámara cerrada, sin embargo, usando el ejemplo de MX3D, vemos la posibilidad de implementar dicha tecnología en la construcción de un puente real de tamaño completo, que debería imprimirse en 2017 en Amsterdam.

Otro se llama EBM (Electron Beam Manufacturing - producción de haz de electrones), es una tecnología de formación de capas de materias primas metálicas bajo la influencia de un potente haz de electrones, con su ayuda para crear estructuras grandes y muy grandes. Si no trabaja en el complejo de defensa de la Federación de Rusia o los Estados Unidos, es poco probable que vea esta tecnología con vida.

A continuación se presentan un par de tecnologías nuevas, apenas emergentes, utilizadas hasta ahora solo por sus creadores, en la sección sobre impresoras.

Metales usados

Ti - Titanio

El titanio puro (Ti64 o TiAl4V) es uno de los metales más utilizados para la impresión 3D, y ciertamente uno de los más versátiles, ya que es duradero y liviano. Se utiliza tanto en la industria médica (en prótesis personalizadas), como en la industria aeroespacial y automotriz (para la fabricación de piezas y prototipos), y en otras áreas. El único inconveniente, tiene una alta reactividad, lo que significa que puede explotar fácilmente cuando está en forma de polvo, y debe usarse para imprimir solo en un entorno de gas inerte con argón.

SS - Acero inoxidable

El acero inoxidable es uno de los metales más asequibles para la impresión 3D. Al mismo tiempo, es muy duradero y puede usarse en una amplia gama de industrias industriales y artísticas. Este tipo de aleación de acero, que contiene cobalto y níquel, tiene una alta elasticidad y resistencia a la tracción. La impresión 3D con acero inoxidable se utiliza principalmente solo en la industria pesada.

Inconel - Inconel

Inconel es una superalloy moderna. Es fabricado por Special Metals Corporation y es una marca registrada patentada. Se compone principalmente de níquel y cromo, y tiene una alta resistencia al calor. Se utiliza en las industrias petrolera, química y aeroespacial (por ejemplo: para crear boquillas de distribución, "cajas negras" a bordo).

Al - Aluminio

Debido a su ligereza y versatilidad inherentes, el aluminio es un metal muy popular para su uso en la impresión 3D. Por lo general, se usa en forma de diversas aleaciones, que constituyen su base. El polvo de aluminio es explosivo y se utiliza en la impresión en un entorno de gas inerte con argón.

CoCr - Cobalt Chrome

Esta aleación de metal tiene una resistencia específica muy alta. Se utiliza tanto en odontología, para la impresión 3D de coronas dentales, puentes y prótesis de arco, como en otras áreas.

Cu - Cobre

Con raras excepciones, el cobre y sus aleaciones (bronce, latón) se utilizan para fundir utilizando modelos quemables, y no para la impresión directa con metal. Esto se debe a que sus propiedades distan mucho de ser ideales para su uso en la impresión 3D industrial, se usan con mayor frecuencia en artes y manualidades. Con gran éxito, se agregan al filamento de plástico, para la impresión 3D en impresoras 3D convencionales.

Fe - Hierro

El hierro y el hierro magnético también se utilizan principalmente como aditivos para los filamentos de PLA. En la industria a gran escala, el hierro puro rara vez se usa, pero escribimos sobre el acero arriba.

Au, Ag - Oro, plata y otros metales preciosos

La mayoría de las capas de polvo fundido de impresoras 3D pueden trabajar con metales preciosos como oro, plata y platino. La tarea principal cuando se trabaja con ellos es verificar el consumo óptimo de material costoso. Los metales preciosos se utilizan en la impresión 3D de joyas y productos médicos, así como en la fabricación de productos electrónicos.

Impresoras de metal 3D

# 1: Sciaky EBAM 300 - varilla de titanio

Para imprimir estructuras metálicas realmente grandes, EBAM de Sciaky es la mejor opción. Este dispositivo puede ser de cualquier tamaño, por encargo. Se utiliza principalmente en las industrias aeroespacial y de defensa de los Estados Unidos.

Como modelo de producción, Sciaky vende el EBAM 300. Tiene un tamaño de espacio de trabajo con lados de 5791 x 1219 x 1219 mm.

La compañía afirma que la EBAM 300 es una de las impresoras 3D industriales más rápidas disponibles comercialmente. Los elementos estructurales de los aviones, cuya producción, según las tecnologías tradicionales, podría tomar hasta seis meses, ahora se imprimen en 48 horas.

La tecnología única de Sciaky utiliza una pistola de rayos catódicos de alta potencia para fundir un filamento de titanio de 3 mm de espesor, con una velocidad de deposición estándar de aproximadamente 3-9 kg / h.

# 2: Fabrisonic UAM - Ultrasonido

Otro método de impresión 3D para piezas metálicas grandes es la Tecnología de fabricación aditiva por ultrasonidos (UAM - Tecnología de fabricación aditiva ultrasónica) de Fabrisonic. La creación de Fabrisonic es una máquina CNC de tres ejes con un cabezal de soldadura adicional. Las capas de metal se cortan primero y luego se sueldan juntas mediante ultrasonido. La impresora 3D Fabrisonic más grande es la "7200", con un volumen de construcción de 2 x 2 x 1,5 m.

# 3: Laser XLine 1000 - polvo de metal

Una de las impresoras 3D de impresión en polvo de metal más grandes del mercado ha sido durante mucho tiempo la XLine 1000 de Concept Laser. Tiene un área de montaje de 630 x 400 x 500 mm de tamaño, y ocupa espacio como una pequeña casa.

La compañía alemana, que es uno de los proveedores de impresoras 3D para compañías aeroespaciales gigantes como Airbus, presentó recientemente una nueva impresora, la XLine 2000.

2000 tiene dos láseres y un volumen de construcción aún mayor de 800 x 400 x 500 mm. Esta máquina, que utiliza la tecnología patentada LaserCUSING (un tipo de fusión láser selectiva), puede crear objetos a partir de aleaciones de acero, aluminio, níquel, titanio, metales preciosos y algunos materiales puros (titanio y acero).

Todos los principales actores en el mercado de la impresión de metales en 3D tienen máquinas de este tipo: EOS, SLM, Renishaw, Realizer y 3D Systems, así como Shining 3D, una compañía de rápido desarrollo de China.

# 4: M Line Factory - una fábrica 3D modular

Desplazamiento: 398.78 x 398.78 x 424.18 mm
De 1 a 4 láseres, 400 - 1000 W de potencia cada uno.

El concepto M Line Factory se basa en los principios de automatización e interacción.

M Line Factory, del mismo Concept Laser, y trabajando en la misma tecnología, no se enfoca en el tamaño del espacio de trabajo, sino en la conveniencia de la producción: es un aparato de arquitectura modular que divide la producción en procesos separados para que estos procesos puedan ocurrir simultáneamente, y no secuencialmente.

Esta nueva arquitectura consta de 2 nodos de máquina independientes:

M Line Factory PRD (Unidad de producción - Unidad de producción) La

Unidad de producción consta de 3 tipos de módulos: módulo de distribución, módulo de impresión y módulo de desbordamiento (bandeja para productos terminados). Todos ellos pueden activarse individualmente y no forman una unidad continua de equipo. Estos módulos se transportan a través de un sistema de túnel dentro de la máquina. Por ejemplo, cuando se suministra un polvo nuevo, un módulo de almacenamiento de polvo vacío puede reemplazarse automáticamente por uno nuevo sin interrumpir el proceso de impresión. Las piezas terminadas se pueden mover fuera de la máquina e inmediatamente reemplazarse automáticamente por las siguientes tareas.

M Line Factory PCG (Unidad de procesamiento)

Es una unidad de procesamiento de datos independiente que tiene una estación integrada de tamizado y preparación de polvo. El desembalaje, la preparación para el próximo trabajo de impresión y el examen se realizan en un sistema cerrado, sin intervención del operador.

# 5: orlas CREADOR - 3D-impresora-listo

Los creadores de ORLAS CREATOR posicionan esta impresora 3D como la más asequible, fácil de usar y lista para usar, que no requiere instalación de componentes adicionales y programas de terceros, capaces de imprimir directamente desde un archivo CAD / CAM completo de su propio diseño.

Todos los componentes necesarios se instalan en una caja relativamente compacta, que necesita un espacio de 90x90x200 cm. No ocupa mucho espacio, aunque parece impresionante, y pesa 350 kg.

Como se puede entender de la tabla dada por el fabricante, el polvo de metal se sinteriza mediante un sistema láser giratorio, con capas de 20-100 micras de espesor y con un tamaño de "píxel" de solo 40 micras, en una atmósfera de nitrógeno o argón. Puede conectarlo a una red eléctrica doméstica normal si su cableado puede soportar una carga de 10 amperios. Lo cual, sin embargo, no excede los requisitos de una lavadora promedio.

Potencia del láser: 250 vatios. El área de trabajo es un cilindro de 100 mm de diámetro y 110 de altura.

# 6: FormUp 350 - Método de la parte de la máquina de polvo (PMPM)

El FormUp 350 de Powder Machine Part Method (PMPM) fue creado por AddUp, un proyecto conjunto entre Fives y Michelin. Esta es la última máquina de impresión de metal 3D, presentada por primera vez en noviembre en Formnext2016.

El principio de funcionamiento de esta impresora 3D es el mismo que el de los colegas mencionados anteriormente, pero su característica principal es diferente, ya que consiste en su inclusión en PMPM.

La impresora está diseñada específicamente para uso industrial, en modo 24/7, y está diseñada específicamente para este ritmo de trabajo. El sistema PMPM incluye control de calidad de todos los componentes y materiales, en todas las etapas de su producción y distribución, lo que debería garantizar consistentemente indicadores de alto rendimiento, que Michelin tiene una vasta experiencia durante muchos años.

# 7: XJET - NanoParticle Jetting - impresión de inyección de tinta de metal

La tecnología de inyección de nanopartículas implica el uso de cartuchos sellados especiales con una solución en la que se encuentra una suspensión de nanopartículas metálicas.
Las nanopartículas se depositan y forman el material del producto impreso.

Dadas las características reivindicadas de la tecnología (el uso de partículas metálicas de tamaño nanoescala), es fácil creer a los creadores del dispositivo cuando afirman su precisión y resolución de impresión sin precedentes.

# 8: VADER Mk1 - MagnetoJet - impresión de inyección de tinta de metal

La tecnología MagnetoJet de Zack Vader se basa en el estudio de la hidrodinámica magnética y, más específicamente, en la capacidad de controlar el metal fundido utilizando campos magnéticos. La esencia del desarrollo es que se forma una gota de tamaño estrictamente controlado a partir de aluminio fundido, y estas gotas se imprimen.

El tamaño de una gota de este tipo es de 200 a 500 micras, la impresión se produce a una velocidad de 1000 gotas por segundo. El área de trabajo de la impresora: 300 mm x 300 mm x 300 mm

Material de trabajo: aluminio y sus aleaciones (4043, 6061, 7075). Y, aunque es solo aluminio, la impresora es 2 veces más rápida que las en polvo y hasta 10 veces más barata.

En 2018, se planea el lanzamiento de Mk2, estará equipado con 10 cabezales de impresión, lo que debería aumentar la velocidad de impresión 30 veces.

# 9: METAL X - ADAM - difusión atómica

Markforged presentó la nueva tecnología de impresión de metal en 3D - ADAM, y la impresora 3D que utiliza esta tecnología - Metal X.

ADAM (Fabricación de aditivos de difusión atómica) - tecnología de difusión atómica. La impresión se realiza con polvo metálico, donde las partículas metálicas se recubren con un aglutinante sintético, que se retira después de la impresión, permitiendo que el metal se fusione en un solo conjunto.

La principal ventaja de la tecnología es la ausencia de la necesidad de utilizar temperaturas ultra altas directamente en el proceso de impresión, lo que significa que no hay restricciones en la refractariedad de los materiales utilizados para la impresión. Teóricamente, la impresora puede crear modelos 3D a partir de aceros para herramientas de alta resistencia: ahora ya está imprimiendo con acero inoxidable y, en desarrollo, titanio, Inconel y acero D2 y A2.

La tecnología le permite crear piezas con una estructura interna compleja, como en panales o en tejidos óseos porosos, lo cual es difícil con otras tecnologías de impresión 3D, incluso para DMLS.

Tamaño del producto: hasta 250 mm x 220 mm x 200 mm. Altura de la capa: 50 micras.

Ese aspecto, pronto será posible imprimir un cuchillo de alta calidad, desde cero, en un par de horas, dándole el diseño más intrincado.

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Impresión 3D con metales: tecnologías e impresoras