Piezas de metal real en impresora 3D

Una vez que fueron una novedad, las piezas de metal real de las impresoras 3D de tamaño de escritorio que utilizan filamentos con infusión de metal se están convirtiendo en un negocio serio.

Las piezas de metal real de una impresora 3D de escritorio asequible,  eran sólo una ambición no hace mucho tiempo. Los filamentos de metal han estado en el mercado durante años, pero los foros de usuarios estaban llenos de informes de malos resultados. El problema, al parecer, no estaba en los materiales o las impresoras, sino en el diseño de la pieza y las prácticas del usuario.

"Cuando se utilizan filamentos de polvo metálico para la impresión 3D de metal, las microfisuras o los puntos quebradizos en los modelos son los problemas comunes con los que se enfrentan los usuarios", dice Michal Siemaszko, jefe de investigación y desarrollo del fabricante de impresoras 3D Zortrax. El motivo de las fallas de las piezas, dice, suele ser el diseño deficiente de las piezas, incluidas las estructuras internas inadecuadas.

Abordando esto, Zortrax, que acaba de lanzar la capacidad de imprimir piezas de metal en su impresora FDM Endural , ofrece un manual de impresión 3D de metal como parte de su nuevo paquete Full Metal . Los usuarios pueden verificar la capacidad de impresión del diseño de su pieza con respecto a las pautas de diseño.

La impresión 3D de metal exitosa, para todo, desde plantillas y accesorios hasta herramientas de fábrica, se basa en el cumplimiento de las medidas específicas de la pieza, según la guía, incluido un diseño que representa una contracción del 20 % en el posprocesamiento y una relación altura-anchura específica.  Otros puntos a considerar son la orientación de la pieza, el grosor de la pared y las estructuras de soporte. Al final, según Zortrax, deseche lo que sabe sobre la impresión 3D con plásticos, la impresión 3D de metal es un mundo nuevo.

¿Qué es el material de metal de extrusión?

Lo que todos estos kits tienen en común es el filamento de metal. BASF Forward AM , una de las compañías químicas más grandes del mundo, tiene casi el monopolio del filamento metálico para impresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM) de escritorio. La empresa se ha asociado con fabricantes de impresoras para desarrollar estos kits y procesos para garantizar un mejor éxito con su material de filamento metálico Ultrafuse en dos variedades: acero inoxidable 17-4 PH y acero inoxidable 316l.

Cuando se imprimen correctamente en 3D, las piezas de metal producidas con un filamento de acero inoxidable UltiMaker S5 y Ultrafuse 316l tienen una resistencia a la tracción de 561 MPa en XY (plano) y 521 MPa en ZX (vertical), según muestra la investigación de Forward AM . A modo de comparación, una pieza idéntica fabricada con moldeo por inyección de metal mostró una resistencia a la tracción de 540 MPa en ambas direcciones.

Las piezas impresas en 3D de metal se pueden soldar y mecanizar si es necesario. Los agujeros incluidos en los diseños se pueden roscar para colocar tornillos o pernos. “Básicamente, el acero impreso en 3D se comporta como cualquier otro acero”, según Zortrax.

Envío por correo de su pieza de metal

Aunque la impresión 3D de metal de escritorio con filamento ha experimentado un crecimiento constante en los últimos dos años, ha habido otros obstáculos para una adopción más amplia. La impresión 3D de metal basada en extrusión no produce una pieza de metal utilizable directamente desde la impresora. El proceso requiere que los usuarios envíen sus piezas por correo a una empresa externa para que sean procesadas.

El proceso de acabado de la pieza metálica, que incluye separar el polímero del metal y luego sinterizar la pieza metálica en un horno de alta temperatura, es otro paso fundamental para las piezas resistentes. Aparentemente, era mejor dejar este paso en manos de los profesionales del procesamiento de metales.

No todos los FDM de escritorio pueden volverse metálicos

Otra práctica que conduce a impresiones metálicas fallidas en impresoras 3D de extrusión de escritorio, dicen los fabricantes de impresoras, es no seguir los requisitos de hardware recomendados.

La impresión 3D de metal requiere un extremo caliente de acero endurecido, no el extremo caliente de latón con el que vienen la mayoría de las impresoras 3D FDM. El hot end también debe poder alcanzar una temperatura de unos 220 ºC, y la impresora debe tener una cama calentada a unos 80 ºC. Estas no son características estándar en la mayoría de las impresoras 3D de escritorio para consumidores.

Áreas de aplicación para la impresión 3D de metal de escritorio

Al igual que muchos fabricantes de componentes, Liebherr-Components Colmar en Francia, que fabrica componentes de sistemas de accionamiento mecánicos, hidráulicos y eléctricos para camiones mineros, excavadoras y generación de energía, tenía una necesidad poco frecuente de un soporte de motor crítico. Cuando se fabrica tradicionalmente con mecanizado CNC, los requisitos de bajo volumen dan como resultado un costo de pieza de hasta $102 cada una. El tiempo requerido para mecanizar estas piezas también resulta en meses de tiempo de entrega.

Después de utilizar su experiencia en investigación y desarrollo para validar el potencial de la impresión 3D de metal, Liebherr Components y BASF desarrollaron un nuevo diseño que superó los casos de carga actuales para el soporte y redujo la masa del soporte original en casi un 60 %. El rediseño y la impresión 3D triplicaron la capacidad de carga para mayor seguridad. El costo de la pieza nueva se redujo casi a la mitad y el tiempo de entrega se redujo a semanas, lo que proporcionó un retorno de la inversión mucho mejor.