Polvos metálicos para impresión 3D

Visión general

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva (AM), utiliza polvos metálicos para construir componentes complejos capa a capa directamente a partir de modelos digitales. Los polvos se funden o unen selectivamente mediante fuentes de calor de precisión guiadas por las geometrías del modelo CAD.

Entre los procesos de AM más populares para metales se encuentran el chorro de aglutinante, la deposición de energía dirigida, la fusión de lecho de polvo y la laminación de láminas, entre otros. Cada uno de ellos requiere una materia prima en polvo con características específicas para lograr una densidad, un acabado superficial, una precisión dimensional y unas propiedades mecánicas óptimas.

Esta guía ofrece una visión en profundidad de los polvos metálicos para impresión 3D, incluidos los tipos de aleación, los métodos de producción de polvo, las propiedades clave del polvo, las aplicaciones, las especificaciones, los proveedores y las consideraciones de compra a la hora de abastecerse de material. Las útiles tablas comparativas resumen los datos técnicos para facilitar la selección y cualificación del polvo.

La conexión con proveedores expertos en polvos de impresión 3D optimizados permite a los fabricantes mejorar la calidad de impresión, reducir los defectos y aprovechar al máximo las ventajas de la AM, como la libertad de diseño, la iteración más rápida y la consolidación de piezas.

Aleaciones para polvos de impresión 3D

Existe una amplia gama de metales y aleaciones en polvo adecuados para los procesos de AM:

Sistemas de aleación comunes para Polvos metálicos para impresión 3D

• Aceros inoxidables
• Aceros para herramientas
• Titanio y aleaciones de titanio
• Aleaciones de aluminio
• Superaleaciones de níquel
• Aleaciones de cobalto-cromo
• Aleaciones de cobre
• Metales preciosos

Se pueden obtener aleaciones estándar y personalizadas para satisfacer los requisitos específicos de la aplicación en cuanto a resistencia a la corrosión, resistencia, dureza, conductividad u otras propiedades.

Métodos de producción de polvo metálico para AM

La fabricación aditiva utiliza polvos metálicos producidos mediante:

Métodos típicos de fabricación de polvo metálico para impresión 3D

• Atomización de gas
• Atomización del agua
• Atomización por plasma
• Electrólisis
• Proceso del hierro carbonilado
• Aleación mecánica
• Hidruración/deshidruración de metales
• Esferoidización del plasma
• Granulación

Los polvos atomizados esféricos proporcionan el flujo óptimo y el empaquetamiento denso necesarios para la mayoría de los procesos de AM. Algunas técnicas permiten partículas de aleación a nanoescala o personalizadas.

Características principales de los polvos de impresión metálicos

Las características críticas del polvo para la AM incluyen:

Propiedades del polvo metálico para impresión 3D

Característica	Valores típicos	Importancia
Distribución granulométrica	10 a 45 micras	Afecta a la densificación y al acabado superficial
Forma de las partículas	Esférica	Mejora el flujo y la estanqueidad
Densidad aparente	2 a 4 g/cc	Influye en la densidad del lecho
Densidad del grifo	3 a 6 g/cc	Indica la compresibilidad
Caudal Hall	25-50 s/50g	Garantiza una distribución uniforme del polvo
Pérdida en el encendido	0.1-0.5%	La baja humedad mejora la impresión
Contenido de oxígeno	<0,1%	Minimiza los defectos microestructurales

Controlar con precisión características como el tamaño, la forma y la composición química de las partículas es fundamental para conseguir piezas de AM totalmente densas con las propiedades mecánicas deseadas.

Aplicaciones de Polvos metálicos para impresión 3D

La AM permite geometrías complejas imposibles con las técnicas convencionales:

Aplicaciones de impresión 3D en metal

Industria	Utiliza	Beneficios
Aeroespacial	Palas de turbina, estructuras	Libertad de diseño, reducción de peso
Médico	Implantes, prótesis, instrumental	Formas personalizadas
Automoción	Aligeramiento de prototipos y herramientas	Iteración rápida
Defensa	Piezas de drones, estructuras de protección	Prototipos rápidos y tiradas cortas
Energía	Intercambiadores de calor, colectores	Consolidación de piezas y optimización de la topología
Electrónica	Blindaje, dispositivos de refrigeración, EMI	Estructuras cerradas complejas

El aligeramiento, la consolidación de piezas y las aleaciones de alto rendimiento para entornos extremos ofrecen ventajas clave sobre los métodos de fabricación tradicionales.

Especificaciones de los polvos metálicos para impresión 3D

Las especificaciones internacionales ayudan a normalizar las características del polvo AM:

Normas sobre polvo metálico para la fabricación aditiva

Estándar	Alcance	Parámetros	Métodos de ensayo
ASTM F3049	Guía para la caracterización de metales AM	Muestreo, análisis del tamaño, química, defectos	Microscopía, difracción, SEM-EDS
ASTM F3001-14	Aleaciones de titanio para AM	Tamaño de las partículas, química, flujo	Tamizado, SEM-EDS
ASTM F3301	Aleaciones de níquel para AM	Análisis de la forma y el tamaño de las partículas	Microscopía, análisis de imágenes
ASTM F3056	Acero inoxidable para AM	Química, propiedades del polvo	ICP-OES, picnometría
ISO/ASTM 52921	Terminología estándar para polvos AM	Definiciones y características del polvo	Varios

El cumplimiento de las especificaciones publicadas garantiza una materia prima en polvo repetible y de alta calidad para aplicaciones críticas.

Proveedores globales de Polvos metálicos para impresión 3D

Entre los principales proveedores internacionales de polvos metálicos optimizados para AM figuran:

Fabricantes de polvo metálico para impresión 3D

Proveedor	Materiales	Tamaño típico de las partículas
Sandvik	Acero inoxidable, acero para herramientas, aleaciones de níquel	15-45 micras
Praxair	Titanio, superaleaciones	10-45 micras
AP&C	Aleaciones de titanio, níquel y cobalto	5-25 micras
Aditivo para carpinteros	Cromo cobalto, inoxidable, cobre	15-45 micras
Tecnología LPW	Aleaciones de aluminio, titanio	10-100 micras
EOS	Acero para herramientas, cromo-cobalto, inoxidable	20-50 micras

Muchos se centran en polvos esféricos finos diseñados específicamente para los métodos habituales de AM, como el chorro de aglutinante, la fusión de lecho de polvo y la deposición de energía dirigida.

Consideraciones sobre la compra de polvo metálico para impresión 3D

Aspectos clave que hay que discutir con los proveedores de polvo metálico:

• Composición y propiedades deseadas de la aleación
• Distribución del tamaño y forma de las partículas objetivo
• Densidad de la envolvente y fluidez de la nave
• Niveles de impurezas admisibles, como oxígeno y humedad
• Datos de ensayo requeridos y caracterización del polvo
• Gama de cantidades disponibles y plazos de entrega
• Precauciones especiales de manipulación de materiales pirofóricos
• Sistemas de calidad y trazabilidad del origen del polvo
• Experiencia técnica en requisitos de polvo específicos de AM
• Logística y mecanismos de entrega

Trabaje en estrecha colaboración con proveedores experimentados en polvos AM optimizados para garantizar la selección de polvo ideal para su proceso y componentes.

Ventajas e inconvenientes de los polvos metálicos para impresión 3D

Ventajas y limitaciones de los polvos metálicos para la AM

Ventajas	Desventajas
Permite geometrías complejas y personalizadas	Mayor coste que los materiales convencionales
Acorta drásticamente el tiempo de desarrollo	Precauciones necesarias para la manipulación del polvo
Simplifica montajes y aligera pesos	A menudo es necesario un tratamiento posterior de las piezas impresas.
Consigue propiedades cercanas a las de los materiales forjados	Limitaciones de tamaño y volumen de construcción
Elimina costosas matrices, moldes y utillaje	Las tensiones térmicas pueden provocar grietas y deformaciones
Permite la consolidación de piezas y la optimización de la topología	Volúmenes de producción inferiores a los de los métodos tradicionales
Mejora enormemente la relación compra-vuelo	Requiere una caracterización rigurosa del polvo y el desarrollo de parámetros

Cuando se utiliza adecuadamente, la AM metálica ofrece ventajas revolucionarias, pero su aplicación requiere conocimientos especializados.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué tamaño de partícula puede tener el polvo metálico para la AM?

Las técnicas de atomización especializadas pueden producir polvo de hasta 1-10 micras, aunque la mayoría de las impresoras de metales funcionan mejor con un tamaño mínimo de unas 15-20 micras para un buen flujo y empaquetado.

¿Cuáles son las causas de un mal acabado superficial en las piezas metálicas impresas?

La rugosidad de la superficie se debe a que el polvo parcialmente fundido se adhiere a las superficies, a las salpicaduras, a los escalones y a unas características del baño de fusión que no son las óptimas. El uso de polvos más finos y el ajuste de los parámetros de procesamiento ideales suavizan el acabado.

¿Todos los métodos de impresión 3D en metal funcionan con los mismos polvos?

Aunque hay solapamientos, el chorro de ligante suele utilizar una distribución de tamaños de polvo más amplia que la fusión de lecho de polvo. Algunos procesos se limitan a determinadas aleaciones en función de los puntos de fusión o la reactividad.

¿Cómo se fabrican los polvos mixtos o bimetálicos?

Los polvos prealeados garantizan propiedades uniformes, pero para los compuestos, la mezcla física de polvos o las técnicas de atomización especializadas proporcionan mezclas de polvos elementales mezclados.

¿Cuánto se tarda en cambiar el material en polvo en una impresora de metal?

Una purga completa y un cambio entre aleaciones muy diferentes suele requerir entre 6 y 12 horas. Los cambios rápidos entre materiales similares pueden durar menos de una hora.

Conclusión

Los polvos metálicos optimizados permiten que los procesos de fabricación aditiva construyan componentes metálicos complejos y robustos con propiedades superiores. Para obtener resultados de alta calidad, es fundamental adaptar la química de las aleaciones y las características de los polvos al método de impresión y a los requisitos de rendimiento de los componentes. Al asociarse con proveedores de polvo experimentados, los usuarios finales aprovechan la experiencia tanto en la producción de polvo como en los procesos de impresión 3D para desarrollar componentes AM robustos de forma más rápida y fiable.

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