Comparativa de tecnologías de impresión 3D en metal

En la actualidad, la FFF en metal es la tecnología de fabricación aditiva en metal más accesible y segura del mercado.

Cómo funciona la FFF en metal

Este proceso utiliza polvo aglomerado procedente de material metálico de moldeo por inyección (polvo metálico aglutinado en polímeros cerosos). Utiliza un sistema desaglomerante y un horno de sinterización.

La FFF en metal es un proceso de tres pasos. Utiliza polvo aglomerado y sinterización, un proceso de alta energía que convierte las piezas impresas en 3D con material de polvo metálico en un metal totalmente sólido:

Elementos diferenciadores

• Asequibilidad. Adquirir una impresora FFF en metal supone una inversión notablemente inferior a la de otras impresoras en metal.

• Seguridad. El filamento para impresoras 3D en metal, formado por polvo aglomerado, es relativamente seguro de usar, y las máquinas pueden utilizarse eficazmente con una formación y un EPI mínimos.
• Alto rendimiento desde la primera pieza. Esto se consigue con un proceso de sinterización general que provoca menos tensión interna que la sinterización selectiva.
• Amplia disponibilidad de materiales. En el futuro, la compatibilidad con diferentes materiales puede ser aún mayor. Los tipos de metal de las impresoras 3D industriales pueden incluir metales exóticos y aleaciones.

Consideraciones

• No está optimizado para piezas sólidas. Normalmente, las máquinas imprimen piezas con relleno de celdas cerradas. Aunque la FFF en metal puede imprimir piezas sólidas, esto suele alargar los tiempos de impresión o limitar la variedad de piezas que pueden fabricarse.
• Piezas casi finales. Aunque las piezas pueden procesarse posteriormente para conseguir tolerancias más estrictas si es necesario, el proceso FFF en metal suele imprimir piezas casi finales.

Qué depara el futuro

La FFF en metal está evolucionando con rapidez a medida que las máquinas se tornan más capaces y fiables. El número de posibles aplicaciones no deja de crecer gracias a nuevas características. Muchos sectores están utilizando la FFF en metal para aplicaciones de vanguardia.

Panorama a largo plazo

A medida que la FFF en metal siga evolucionando, se irán añadiendo materiales y características que permitirán generar nuevas aplicaciones de esta tecnología. Las impresoras FFF en metal serán habituales en talleres y fábricas por sus precios asequibles, su accesibilidad y su versatilidad para fabricar piezas metálicas complejas.

Cómo funciona la fusión de lecho de polvo

Un láser montado en un carro portante traza la trayectoria de una capa determinada fundiendo el polvo de metal de manera precisa.

1. Un sistema de distribución de polvo coloca una nueva capa de polvo suelto sobre la pieza a la que se está dando forma.

2. El láser funde la siguiente capa, y el proceso se repite.

3. Después de imprimir, se elimina el exceso de polvo de las piezas y estas se someten al posprocesado necesario.

Elementos diferenciadores

• Puede imprimir piezas especializadas. Esto incluye geometrías ultracomplejas, piezas de gran tamaño y grandes piezas perfectamente compactadas.
• Tecnología madura. Existe una gran selección de materiales y varias empresas del sector que ofrecen una amplia selección de máquinas.

Consideraciones

• Precio. La fusión de lecho de polvo sigue siendo cara, y la adquisición e instalación de las impresoras 3D en metal para esta tecnología suelen superar los 500 000 dólares.
• Operaciones. Se necesita un operario cualificado, se debe instalar en una zona espaciosa y aislada de una planta de fabricación y se requieren equipos de protección individual (EPI) caros. Además, se deben realizar modificaciones en las instalaciones. Esto aumenta el coste de la impresión 3D en metal.
• Ajustes para obtener piezas correctas. Las piezas metálicas complejas impresas en 3D requieren muchas iteraciones para obtener una impresión correcta y precisa. El proceso produce tensiones internas que pueden provocar grietas o deformaciones. Sin embargo, es posible imprimir piezas de alta calidad una vez que se han ajustado los parámetros de impresión y diseño.

Qué depara el futuro

La fusión de lecho de polvo sigue siendo líder del mercado en la industria de impresión 3D en metal. Hay un pequeño número de empresas líderes del sector con capacidades avanzadas, y una serie de nuevos participantes que intentan cubrir un nicho específico u ofrecer una solución más competitiva en costes. Algunos de los sectores, como el aeroespacial, el de automoción y el médico, conocidos por aplicaciones sumamente especializadas de alto rendimiento, han marcado el camino para adoptar la fusión de lecho de polvo.

Panorama a largo plazo

Se espera que una adopción más amplia generará aplicaciones aún más innovadoras de la tecnología de fusión de lecho de polvo. A medida que más sectores comiencen a utilizar esta tecnología de impresión 3D en metal, se irán descubriendo más aplicaciones. Una mayor competencia ayudará a que se creen máquinas más accesibles.

La inyección de aglutinante utiliza aglutinantes de polímeros líquidos especializados para formar piezas adhiriendo el polvo metálico suelto. Este proceso crea piezas unidas ligeramente que se pueden sinterizar por lotes. La inyección de aglutinante, que es una tecnología emergente, tiene un enorme potencial y es una tecnología en desarrollo que se debe tener en cuenta.

Cómo funciona

La inyección de aglutinante utiliza un proceso de dos pasos, que se caracteriza por el polvo suelto y la sinterización posterior a la impresión:

1. Durante este proceso de impresión 3D en metal, un cabezal de impresión similar al de la inyección de tinta deposita un aglutinante especializado de manera precisa en un lecho de polvo metálico. Una vez impresa cada capa, la máquina deposita más polvo encima de una manera similar a la fusión del lecho de polvo, y repite el proceso de impresión y deposición hasta que se crea la pieza.
2. Primero se elimina el exceso de polvo de las piezas todavía frágiles, y luego se sinterizan eliminando los restos de aglutinante y fundiéndolas hasta convertirlas en piezas totalmente metálicas.

Elementos diferenciadores

• Alta velocidad de impresión. El proceso de impresión es extremadamente rápido, y se pueden fabricar muchas piezas de manera simultánea.
• Precisión. Los cabezales de inyección de tinta, de gran precisión, van muy bien para crear piezas complejas y morfologías intrincadas.

Consideraciones

• Seguridad y manipulación. El uso de polvo suelto obliga a abordar ciertos problemas de seguridad y manipulación.
• Precio. El coste de adquisición es, como mínimo, de 300 000 dólares. Los precios pueden superar los 2 millones de dólares.
• Porosidad de la pieza. No se ha demostrado que este proceso tenga propiedades mecánicas fiables y repetibles a gran escala.
• Restricciones en el tamaño y en el diseño de las piezas. Todavía no se sabe demasiado acerca de las medidas ni de la complejidad de las piezas que las máquinas de inyección de aglutinante pueden producir con eficacia.
• Durabilidad de las piezas en «verde». Tras la impresión, la resistencia del metal impreso en 3D es muy baja, lo que puede afectar al rendimiento y a las limitaciones de las piezas.
• Repetibilidad. Si con esta tecnología se pueden imprimir o no piezas metálicas en 3D de forma precisa y repetida sigue siendo una incógnita.

Qué depara el futuro

La inyección de aglutinante sigue siendo una tecnología en desarrollo, y solo algunos fabricantes se dedican a ella. Aunque las grandes empresas están invirtiendo en esta tecnología, realmente no hay muchos usuarios.

Panorama a largo plazo

Algunos analistas de la industria predicen que la inyección de aglutinante podría ser el futuro de la producción en masa para imprimir en 3D piezas funcionales en metal. Sin embargo, estas predicciones dependen de que los fabricantes encuentren respuestas a las preguntas técnicas clave que surgen en el proceso.