Impresión 3D con Metal ¿Cómo funciona?

Últimamente ha habido mucho movimiento alrededor de los metales de impresión 3D como el acero y el bronce – pero ¿cómo funciona en realidad? La impresión 3D con metal tiene una gran cantidad de aplicaciones en industrias como la joyería, medicina, odontología y la fabricación en general. Aunque la mayoría de estas aplicaciones se centran en casos de uso empresarial, hay empresas que trabajan para hacer posible que los usuarios impriman en 3D con metales en sus impresoras de escritorio. Así es como funciona la tecnología de  la impresión 3D de metal:

Los 3 métodos más utilizados en impresión 3D de metal

  1. Inyección con aglutinante de metal

La inyección con aglutinante de metal para impresión 3D comienza como cualquier otro proceso de impresión – con un diseño 3D sensacional y un slicer que le indica a la impresora donde debe depositar el material el cabezal de impresión. En lugar de plástico extruido, es polvo de metal el que se deposita en delgadas capas y una sustancia de unión similar al pegamento es expulsada de la cabeza de impresión en la parte superior de cada capa. La alternancia de capas de polvo y el aglutinante se fusionan y comienzan a construir de abajo a arriba para crear el objeto. Algunas impresoras tienen un sistema que irradia calor sobre la extrusora y que permite que las capas se sequen aún más y calientan el aglutinante para fundir el polvo en las zonas donde se deposita. Este proceso se repite hasta que todas las capas del objeto se completan de abajo hacia arriba y puede tardar varias horas.

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Imagen de Loughborough University

El polvo que queda alrededor de tu diseño no se funde, actúa como soporte y se retira del modelo una vez que está completo. En este punto, el modelo es bastante frágil porque la mayor parte del objeto está lleno de aire y es muy poroso. A continuación, se puede colocar el modelo terminado en un horno de curado donde se mantiene a 350º Fahrenheit / 177º Celsius, durante veinticuatro horas. Este calor evapora la humedad y endurece la unión de las capas de polvo metálico con el aglutinante. Cuando está completamente endurecido y se ha enfriado, se puede llenar con material de relleno como el bronce que da la fuerza del modelo. Si no se rellena el interior con otro material metálico, el modelo queda bastante débil y no se recomienda para la creación de piezas funcionales. La inyección de aglutinante permite la impresión en color y también funciona con polímeros y materiales cerámicos. El proceso es bastante rápido en comparación con otros métodos de fabricación aditiva, pero el procesamiento posterior puede llevar mucho más tiempo.

  1. Fusión en cama de polvo

El proceso de fusión en lecho de polvo es muy similar a la inyección de aglutinante de metal, excepto que en lugar de depositar un aglutinante para fundir las capas de polvo metálico, se utiliza un láser de alta temperatura o un haz de electrones. El láser aumenta la temperatura del polvo en las áreas donde se está construyendo el diseño, fundiendo el polvo metálico y creando una capa sólida. Este proceso continúa hasta que todo el modelo está completo. La fusión en cama de polvo puede llevarse a cabo utilizando alguna de las técnicas posibles, que son:

Sinterización Selectiva por Láser – Selective laser sintering, (SLS)

Fundido Selectivo por Láser – Selective laser melting (SLM)

Sinterizado Directo de Metal por Láser – Direct metal laser sintering (DMLS)

Fundido por Haz de electrones – Electron beam melting (EBM)

Entonces, ¿cuál es la diferencia entre todos estos métodos?

  • Sinterización Selectiva por láser (SLS): Utiliza un láser para fundir las capas de polvo metálico.
  • Fundido Selectivo por Láser (SLM) : Va un paso más allá de la fusión del polvo y realmente derrite el polvo. Esto funciona bien con materiales puros como el titanio o el acero, al contrario que con compuestos mezclados entre sí, como la mayoría de los plásticos.
  • Sinterizado Directo de Metal por Láser (DMLS) : Se utiliza el mismo proceso que en SLS pero se usa este término cuando se hace referencia al proceso de sinterización de aleaciones metálicas, frente al SLS de plástico, vidrio y cerámica. Si desea saber más acerca del DMLS, Spencer Wright, un gurú de la fabricación documentó sus experiencias con piezas impresas en titanio en detalle.
  • Fundido por Haz de electrones (EBM) : Las capas de polvo se funden entre sí mediante un haz de electrones para fundir metal en polvo. Las estructuras de soporte son necesarias en este método. Este sistema proporciona mucha fuerza en el modelo debido a la estable temperatura alcanzada en las capas durante la fusión.

3. Deposición de energía dirigida

Este proceso utiliza dos tipos diferentes de material: de hilo de metal o polvo de metal. Una boquilla que se mueve en múltiples direcciones (4-5 ejes) extruye el polvo de metal o la capa de filamento metálico. Una vez que se deposita el material, se funde con un haz láser o de electrones. Este proceso continúa y el objeto se construye capa por capa. Aunque este método se utiliza generalmente para reparación y mantenimiento de piezas de metal ya existentes, puede ser utilizado para crear objetos a partir de cero.

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¿Cuándo imprimirán con metal las impresoras de escritorio?

Desafortunadamente, la mayoría de las impresoras 3D de metal tienen un precio superior a 250.000$, que es un alto precio a pagar por imprimir unos tenedores u otros artículos para el hogar. Un ingeniero decidió hacerlo por sí mismo y construyó un prototipo funcional de una impresora 3D de escritorio de metal por 2$. Su prototipo utiliza galvanoplastia para crear objetos de metal. Otra compañía, MatterFab está trabajando en una impresora 3D de metal de bajo coste para uso doméstico, que utiliza tecnología láser para derretir las capas de polvo metálico y crear un objeto. Están en proceso de pruebas de sus prototipos con los primeros usuarios, así que no están todavía disponibles para el público. Parece que hay innovación en la impresión 3D doméstica de metal, pero aún no hay nada listo a un precio razonable para lanzarse al mercado.

Filamento con mezcla de metal

De acuerdo, todavía no se puede imprimir en 3D con metal en casa, pero hay una serie de marcas que producen FDM – filamento compatible mezclado con polvo metálico, dando apariencia y algunas de las propiedades físicas del metal. Estos son algunos ejemplos para investigar de nuestros amigos de Proto Pasta:

Stainless Steel PLA  – PLA con acero inoxidable

Magnetic Iron PLA – PLA con hierro magnético

Carbon Fiber PLA – PLA con fibra de carbono

Partiendo de la base que la mayoría de estos filamentos de metal son PLA o ABS, se puede imprimir fácilmente con ellos en tu impresora FDM. Sin embargo, antes de empezar, hay algunos puntos a tener en cuenta. El metal en polvo que se mezcla en estos filamentos es más grueso que el filamento normal y puede desgastar más rápido la boquilla de la impresora, dependiendo del tipo de material que esté fabricada la boquilla. El desgaste de la boquilla puede aumentar su diámetro, lo que significa que tendrá que ser reemplazada más a menudo. Para evitar esto, Proto Pasta recomienda colocar boquillas resistentes fabricadas en latón con un recubrimiento resistente al desgaste en la parte superior. Si estás interesado en la impresión 3D con metal, ésta es sin duda una alternativa económica a la compra de una impresora 3D de metal.

A medida que avanza la tecnología, comenzaremos a ver más y más tipos de filamentos con mezcla de materiales, así como avances en el desarrollo de impresoras 3D compatibles con estos nuevos filamentos.

¿Quieres darle una oportunidad?

Echa un vistazo a estos diseños gratis de Pinshape para imprimir perfectamente con filamento metálico

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Fully assembled 3D printable wrench by Daniel Noree & impreso por Aron Igelström.

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Modified Carabiner Mini Designed by David Mussaff & más en la sección de gadgets de Pinshape!

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Chain Link Tablet Stand designed by PRINTinZ & más en home living designs

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Spine Necklace Designed by oscar aguirre & más en  jewelry section!

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Skinned Ultimaker Robot designed by Thomas Davis

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Batman vs Superman- Helmet designed by david_ruiz

 

Artículo traducido y adaptado del original de pinshape.com: “3D Printing with metal. How does it work?

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