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Fusión de lecho de polvo - Powder Bed Fusion – PBF
Existe una familia de tecnologías basadas en lecho de polvo, que tienen un mismo principio en común, pero pueden dividirse según el material utilizado: polímeros y metales.
FUSION DE LECHO DE POLVO DE POLIMEROS
Descripción
Los sistemas de lecho de polvo por polímero utilizan, como su nombre indica, un polvo de plástico fino, pero la forma de crear las piezas en 3D difiere según el proceso que se utilice.
la tecnología más utilizada hoy en día es la comúnmente conocida como SLS. Durante el proceso de impresión, el material en polvo se almacena en un tanque y se dispersa en una fina capa sobre la bandeja de impresión. Para fusionar las partículas de polvo y formar un objeto sólido, la máquina precalienta el material justo por debajo de su temperatura de sinterización. Gracias a esto, las partículas no fundidas no necesitan mucha energía para sinterizarse juntas. Esta energía adicional es aportada por un láser, que fusiona secciones transversales de la capa que se está imprimiendo para fundir el polvo en su lugar y formar la pieza tridimensional.
Una de las principales ventajas de esta tecnología es que el polvo que rodea las piezas impresas y que no ha sido fusionado, actúa como soporte natural de las mismas, lo que significa que no es necesario un soporte adicional para crear geometrías complejas. Esto permite también el llamado apilamiento o stacking, que significa la posibilidad de apilar varios objetos uno encima o dentro de otro en un mismo volumen de impresión.
Una vez terminada la impresión, los objetos son fáciles de separar, ya que se imprimen individualmente dejando un margen de separación entre ellos. Otra gran ventaja de las tecnologías de fusión de lecho de polvo de polímero es que los objetos impresos son casi isotrópicos.
Cabe mencionar que, además del SLS, algunos fabricantes han desarrollado sus propios sistemas de fabricación aditiva con polvo. Este es el caso de HP con su conocida tecnología Multi Jet Fusion basada en un proceso de fusión de agentes múltiples. Durante la impresión se van aplicando agentes de fusión a las distintas capas de material que se van generando.
Materiales
En términos de materiales, estas máquinas utilizan polímeros termoplásticos en forma de polvo. El más popular es el polvo de Nylon, siendo las más comunes las poliamidas 11. También podemos encontrar otros polímeros como el Polipropileno, el TPU y el TPE si se requieren piezas con mayor flexibilidad.
Postratamientos
En las tecnologías de fusión de lecho de polvo con polímeros, es necesario realizar algún tipo de postratamiento. Como las impresiones están rodeadas de polvo sin fusionar, los objetos salen de la máquina en un bloque de polvo apilado. Para conseguir los resultados, el bloque debe separase y eliminar el exceso de polvo de las piezas. En este sentido existen varias técnicas de postprocesamiento, las más comunes son la eliminación de polvo por chorro de arena y el cepillado de alambre. Una vez limpias, las piezas pueden utilizarse como tales o seguir siendo procesadas por medio de otros sistemas de chorreado, volteo, recubrimiento o coloración.
Máquinas/ mercado - aplicaciones
Hoy en día podemos encontrar todo tipo de maquinaria, desde soluciones de escritorio para los entusiastas que quieren iniciarse en esta tecnología, así como otras más industriales destinadas a la producción en masa para los sectores más exigentes. En términos de aplicaciones, la tecnología Powder Bed Fusion se utiliza principalmente en ingeniería gracias a sus propiedades mecánicas, su acabado cercano a objetos isotrópicos, su precisión y su capacidad para reproducir detalles.
Recomendaciones
Con el fin de optimizar cada proceso de fabricación, es recomendable imprimir por lotes y apilar lo máximo posible para evitar el desperdicio de material. Además, al manipular el polvo y realizare el post-procesamiento, es obligatorio utilizar Equipos de Protección Individual (EPIs) para garantizar la seguridad del usuario.
FUSION DE LECHO DE POLVO DE METALES
Descripción
En el caso de las que trabajan con metal destacan PBF-LB. PBF-LB hace referencia a la fusión directa de metal por láser. Se trata de un método de fabricación aditiva en el que se utiliza un láser para fundir, capa a capa, partículas de metal dispuestas en un lecho de polvo. Por su parte, el método PBF-EB o Electro Beam Melting es una tecnología desarrollada únicamente por Arcam, perteneciente a la empresa GE Additive. Utiliza un haz de electrones para realizar la fusión del polvo. Esto significa que una de las diferencias entre ambos sistemas de impresión 3D reside en la fuente de energía, donde en una se utiliza un láser y en otra un haz de electrones. Cabe destacar que el haz de electrones trabaja en vacío y las de láser en una atmosfera controlada.
El sistema de fabricación repite el mismo proceso hasta conseguir la pieza final. Primero, se calienta la bandeja de impresión hasta alcanzar la temperatura óptima de fusión que dependerá de la tecnología y el material procesado. A continuación, una barra dispensadora aplica una fina capa de polvo metálico que recubre toda la bandeja. Después, la fuente de energía fusiona punto por punto las partes de la pieza hasta completar la capa en cuestión. Una vez este paso ha finalizado, la bandeja de impresión desciende unos milímetros para dejar paso a la siguiente capa de polvo y comenzar de nuevo el proceso.
Si bien es cierto que no es obligatorio utilizar de estructuras de soporte, es altamente recomendado. En este sentido, el término de “soportes” tiene una función de anclaje de las piezas a la bandeja de impresión y de evacuación del calor para no comprometer la integridad de la pieza o del material.
Materiales
Estos materiales metálicos pueden ir desde acero inoxidable hasta cromo-cobalto, aluminio, cobre, aleaciones de titanio o de níquel, entre otras.
Postratamientos
Estos sistemas requieren de ciertos pasos de postratamiento para retirar el polvo no fusionado de la bandeja de impresión. A esto, hay que añadirle la eliminación de los soportes, en el caso de que se haya recurrido a ellos, mediante métodos de corte, mecanizado o electroerosión por hilo. Igualmente, las piezas finales pueden tratarse térmicamente para reducir las tensiones residuales y mejorar sus propiedades mecánicas, sobre todo en los sistemas basados en fusión por láser (PBF-LB). Además, también se puede combinar con mecanizado CNC o un proceso de pulido para ofrecer una mejor calidad de superficie.
Máquinas/ mercado - aplicaciones
Debido a la complejidad de esta tecnología de metal, las soluciones disponibles en el mercado suelen tener un precio muy elevado. Además, la precisión y calidad de las piezas finales hace que estas máquinas industriales sirvan para las aplicaciones más avanzadas dentro de sectores como el aeroespacial, el automotriz o el médico. Algunos de los actores más destacados del mercado son SLM Solutions, Renishaw, Trumpf, Prima Additive, EOS, GE Additive, 3D Systems o la empresa española Samylabs, entre otros.
Recomendaciones
Al trabajar con las tecnologías PBF-LB o PBF-EB es altamente recomendable contar con el equipamiento adecuado a la hora de manipular las partículas de polvo metálico. Esto también incluye la utilización de EPIs durante el postratamiento y la eliminación de polvo, ya que de lo contrario podría ser nocivo para la salud. Además, es interesante realizar un diseño adaptado a estas tecnologías, así como recurrir a soluciones de software que integren herramientas de optimización topológica para conseguir reducir el peso final de las piezas, ahorrando tiempos y costes.
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