Fabricación aditiva en polvo

La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, se basa en polvos metálicos y no metálicos para construir componentes capa a capa. La elección de un proveedor de polvos de AM de confianza es crucial para conseguir unas propiedades de los materiales, un rendimiento y una calidad de las piezas finales óptimos.

Esta completa guía proporciona todo lo que necesita saber para seleccionar el polvo y el proveedor de fabricación aditiva adecuados, incluyendo:

Visión general de Fabricación aditiva en polvo

Los polvos de fabricación aditiva se refieren a las materias primas utilizadas en la fusión de lechos de polvo, la deposición de energía dirigida, el chorro de aglutinante y otros procesos de AM basados en polvos.

Principales tipos de polvos AM:

• Metales - Titanio, aluminio, acero, níquel, cromo-cobalto
• Polímeros - Nylon, PEEK, TPU, ABS, poliamida
• Cerámica - Alúmina, circonio, carburo de silicio
• Composites - Reforzados con partículas, fibra corta

Características del polvo:

• Química - Pureza, composición, aleación
• Tamaño y distribución de las partículas
• Forma de las partículas: esférica, irregular
• Densidad y porosidad
• Fluidez
• Contenido en humedad

Principales proveedores de polvo:

• OEM como EOS, 3D Systems, GE Additive
• Especialistas en polvo metálico como AP&C, Sandvik, Praxair
• Grandes productores de metales como Carpenter, Höganäs, Rio Tinto

Elegir el tipo de polvo y los parámetros óptimos adaptados a su proceso y aplicaciones de AM es vital para obtener piezas de alta calidad.

Tipos de Fabricación aditiva en polvo

Existen cuatro grandes categorías de polvos AM para metales, polímeros, cerámicas y materiales compuestos:

Polvos metálicos

Los metales más utilizados son:

• Titanio y aleaciones de titanio
• Aleaciones de aluminio
• Aceros inoxidables
• Aceros para herramientas
• Aleaciones de cobalto-cromo
• Superaleaciones de níquel
• Metales preciosos como oro, plata.

Beneficios: Alta resistencia, durabilidad y resistencia térmica

Aplicaciones: Aeroespacial, médico, automoción, industrial

Polvos de polímero

Polímeros más utilizados:

• Nylon (PA12, PA11)
• ABS
• PEEK
• TPU
• Poliamida

Beneficios: Dureza, resistencia química, flexibilidad

Aplicaciones: Productos de consumo, piezas industriales

Polvos cerámicos

Algunos ejemplos son:

• Alúmina
• Zirconia
• Carburo de silicio
• Nitruro de silicio
• Fosfato tricálcico

Beneficios: Gran dureza, resistencia al calor y a la corrosión

Aplicaciones: Herramientas de corte, dental, aeroespacial

Polvos compuestos

• Metales y polímeros reforzados con partículas
• Plásticos reforzados con fibras cortas

Beneficios: Propiedades mecánicas mejoradas

Aplicaciones: Automoción, artículos deportivos, infraestructuras

El tipo de polvo adecuado influye en las propiedades de la pieza, como la resistencia, la función, la estética y otras.

Fabricación aditiva Propiedades del polvo

Los polvos AM deben cumplir estrictas especificaciones para:

Propiedad	Detalles	Significado
Química	Composición de la aleación, niveles de pureza	Afecta a la microestructura, los defectos y las propiedades mecánicas
Tamaño de las partículas	Tamaño medio y distribución	Influye en la resolución, el acabado superficial, la densidad
Forma de las partículas	Partículas esféricas, irregulares, satélites	Influye en la densidad de empaquetado, la fluidez y la capacidad de extensión.
Densidad	Densidad aparente y de toma	Una mayor densidad permite una mayor densidad de piezas
Características de flujo	Caudal, ángulo de reposo	Garantiza una distribución suave del polvo durante la impresión.
Contenido de humedad	Bajo contenido de humedad	Evita la aglomeración y degradación del polvo
Óxidos superficiales	Capa de óxido fina y uniforme	La baja oxidación proporciona un flujo de polvo y unas propiedades superiores

El control estricto de estas características del polvo es esencial para obtener componentes AM de alta calidad.

Aplicaciones de los polvos de fabricación aditiva

Los polvos AM se utilizan en los siguientes sectores y aplicaciones clave:

Industria	Aplicaciones
Aeroespacial	Álabes de turbina, estructuras de fuselaje y motor, soportes, disipadores térmicos
Médico	Implantes ortopédicos y dentales, herramientas quirúrgicas, dispositivos adaptados al paciente
Automoción	Componentes aligerados, piezas a medida, utillaje
Industrial	Piezas de maquinaria pesada, robótica, herramientas, plantillas y utillajes
Consumidores	Joyas, objetos de colección, miniaturas de videojuegos
Petróleo y gas	Herramientas de fondo de pozo, válvulas, piezas de boca de pozo, componentes de bombas

Otras aplicaciones son los modelos arquitectónicos, el utillaje rápido y los equipos nucleares y químicos.

La AM permite una producción más rápida y flexible de piezas complejas y optimizadas en todos los sectores.

Especificaciones del polvo AM

Las propiedades y la calidad del polvo AM pueden personalizarse según las necesidades:

Parámetro	Opciones
Materiales	Metales, polímeros, cerámica, materiales compuestos
Química	Diferentes aleaciones, polímeros, refuerzos
Tamaño de las partículas	Nano, micro, 10-45 μm, 15-150 μm, etc.
Distribución por tamaños	Distribuciones ajustadas disponibles
Forma de las partículas	Predominantemente esférico
Densidad	Hasta ~98% de densidad teórica
Caudal	Caudales óptimos alcanzados
Óxidos superficiales	Bajos niveles de oxidación
Contaminación	Niveles de impurezas minimizados
Contenido en humedad	Bajo contenido de humedad

Trabaje con los proveedores para adaptar las especificaciones del polvo a su proceso de AM, necesidades de material y requisitos de uso final.

Consideraciones sobre el diseño de polvos AM

Ciertas prácticas de diseño mejoran el rendimiento del polvo AM:

• Modificación de la aleación - Ajuste de las composiciones para optimizar las propiedades mecánicas, evitar el agrietamiento en caliente, etc.
• Mezcla - Mezcla de diferentes polvos para conseguir propiedades de material personalizadas
• Revestimientos - Aplicación de revestimientos especializados para proteger los polvos de aleación de la oxidación
• Tamizado - Clasificación del polvo en fracciones granulométricas estrechas
• Desgasificación - Eliminación de contaminantes gaseosos que causan porosidad
• Aditivos de flujo - Añadir agentes de flujo a nanoescala para mejorar la fluidez del polvo
• Rejuvenecimiento - Reciclaje del polvo usado eliminando la humedad y las impurezas

Colabore estrechamente con su proveedor de polvo AM para aprovechar estas opciones de diseño y obtener unas propiedades superiores de las piezas.

Normas para Polvos para fabricación aditiva

Las normas clave ayudan a garantizar la calidad y consistencia del polvo AM:

• ASTM F3049 - Guía normalizada para la caracterización de metales AM
• ASTM F3055 - Especificación estándar para metales aditivos
• ASTM F3213 - Norma para polvos metálicos utilizados en la fusión de lechos de polvo
• ISO/ASTM 52915 - Especificación estándar de la aleación Ti-6Al-4V
• ASTM F3184 - Norma para polvos de acero inoxidable
• ASTM F3301 - Norma para polvos de aleaciones de níquel
• ISO/ASTM 52904 - Características del proceso y control de calidad del rendimiento de los metales AM

Los proveedores y usuarios de la pólvora deben adherirse a estas normas para evaluar la calidad.

Proveedores de polvo AM

Entre los principales fabricantes mundiales de polvo AM figuran:

Proveedor	Materiales	Descripción	Precios
AP&C	Ti, Al, CoCr, Aceros	Productor especializado en polvos esféricos	$xx-$xxx/kg
Sandvik	Ti, Ni, Al, Aceros	Amplia oferta de aleaciones para AM	$xx-$xxx/kg
Praxair	Ti, Ni, CoCr, Al	Polvos atomizados y aleados de alta calidad	$xx-$xxx/kg
Carpintero	Ti, CoCr, SS, Al	Amplia gama de aleaciones y tamaños de partículas	$xx-$xxx/kg
Aditivos GE	Ti, Al, CoCr, Cu	OEM que ofrece soluciones integradas de AM	$xx-$xxx/kg
Höganäs	Aceros, SS	Principal proveedor mundial de polvo metálico	$xx-$xxx/kg

Existen numerosos proveedores mundiales de renombre que ofrecen polvos AM de calidad para metales, polímeros, cerámicas y materiales compuestos.

Cómo seleccionar un proveedor de polvo para fabricación aditiva

Estos son los factores clave que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un proveedor de polvo AM:

• Conocimientos técnicos en la fabricación de polvo AM
• Gama de materiales ofrecidos: metales, polímeros, cerámica, etc.
• Gestión de la calidad - Caracterización del polvo, muestreo, pruebas, análisis, documentación, certificaciones
• Capacidades de polvo esférico - Para densidad y fluidez
• Capacidad de personalización - Distribución de tamaños a medida, composición, revestimientos, etc.
• Comprensión del proceso AM - Polvo optimizado para su tecnología AM específica
• Experiencia en I+D - Desarrollos en polvo en curso
• Atención al cliente - Asesoramiento sobre aplicaciones, resolución de problemas, formación
• Plazos de entrega - Disponibilidad de existencias para una entrega rápida
• Precios - Competitivo para sus necesidades de volumen y calidad

Asóciese con un fabricante de polvo comprometido con la calidad constante y la asistencia técnica.

Cómo almacenar el polvo de fabricación aditiva

Un almacenamiento adecuado del polvo AM preserva la calidad del material y evita su degradación:

• Almacenar el polvo en los envases originales cerrados, lejos de la humedad y la contaminación
• Mantener las instalaciones frescas y secas
• Limitar las variaciones de temperatura que pueden inducir la absorción de humedad
• Utilizar un sistema de inventario FIFO (primero en entrar, primero en salir)
• Sólo recipiente abierto en el momento del uso
• Deseche el polvo usado en el momento oportuno
• Realizar controles de calidad periódicos del polvo almacenado
  • Comprobar química, distribución de tamaños, caudal, óxidos superficiales
• Siga todas las precauciones de seguridad: EPI, manipulación de gases inertes, control de fuentes de ignición

Un almacenamiento adecuado es esencial para la estabilidad del polvo y para maximizar la calidad de las piezas a lo largo del tiempo.

Reciclaje Fabricación aditiva Polvo

El polvo AM usado puede reciclarse:

Método	Visión general
Térmico	El tratamiento térmico quema los revestimientos y las impurezas
Mecánica	Los procesos físicos eliminan la contaminación y refrescan las partículas
Química	Los procesos químicos eliminan los óxidos superficiales y los revestimientos
Plasma	La energía del plasma disocia los elementos no deseados del polvo

Beneficios del reciclaje:

• Reduce significativamente los costes de polvo
• Fabricación más sostenible
• Alcanza altos índices de reutilización en determinadas aleaciones

Trabaje con su proveedor de polvo AM para aplicar prácticas rentables de reciclado de polvo.

Análisis de costes de Polvos para fabricación aditiva

Los costes del polvo de AM varían considerablemente según el material:

Material	Coste por Kg
Aleaciones de aluminio	$50 – $120
Aleaciones de titanio	$170 – $450
Aceros inoxidables	$50 – $120
Aceros para herramientas	$50 – $200
Superaleaciones de níquel	$150 – $500
Cromo cobalto	$150 – $300
Polímeros	$80 – $200

El coste de la pólvora depende de:

• Coste del material de base
• Composición de la aleación
• Método de producción - atomización con gas frente a atomización con agua
• Calidad: impurezas, distribución granulométrica
• Volumen de compras: a mayor volumen, menor precio

Equilibrar la calidad del polvo con la asequibilidad es clave para maximizar el valor.

Ventajas e inconvenientes de los polvos AM metálicos frente a los poliméricos

Metal Powder Pros

• Gran solidez y resistencia térmica
• Excelente durabilidad y resistencia al crecimiento de grietas
• Amplia gama de opciones avanzadas de aleación
• Puede reproducir las propiedades de los materiales de la pieza final

Polvo metálico Contras

• Mayores costes de material
• Tamaños y proveedores limitados en la actualidad
• Precauciones de seguridad necesarias en la manipulación
• Se necesitan más infraestructuras para la transformación

Polvo de polímero Pros

• Menores costos de material
• Más proveedores y variedad de materiales
• Manipulación generalmente más segura
• Requiere una infraestructura menos compleja

Polvo de polímero Contras

• Menor fuerza, resistencia al calor y durabilidad
• Polímeros de alto rendimiento limitados en la actualidad
• A menudo se utiliza para prototipos frente a piezas finales
• Propiedades impredecibles y anisótropas de los materiales

La opción correcta depende de los requisitos de la aplicación, las condiciones de funcionamiento y los aspectos económicos.

Perspectivas futuras del polvo AM

Se prevé que el mercado de polvo AM alcance más de $5 mil millones en 2028, liderado por el crecimiento en:

• Sectores aeroespacial y médico
• Adopción de la AM para aplicaciones de producción
• Nuevas aleaciones y materiales para AM
• Adopción de la AM por los fabricantes de automóviles
• Desarrollo de la cadena de suministro a medida que aumenta la demanda

Entre las principales oportunidades y avances futuros figuran:

• Nuevos productores de polvo AM entran en el mercado
• Precios competitivos con mayores volúmenes
• Mayor pureza y mejor fluidez
• Composiciones de aleación personalizadas y optimización de partículas
• Mejora de los procesos y la economía del reciclado
• Manipulación de polvo y gestión de inventario automatizadas

Los polvos AM desempeñarán un papel integral en la continua expansión y adopción de la industria AM en sectores de fabricación críticos.

PREGUNTAS FRECUENTES

P: ¿Qué materiales están disponibles para la fabricación aditiva?

R: Los materiales más comunes son los metales, los polímeros, la cerámica y los compuestos. Los metales incluyen titanio, aluminio, acero inoxidable, acero para herramientas, aleaciones de níquel y metales preciosos. Los polímeros incluyen nylon, PEEK, ABS y poliamida.

P: ¿Cuál es el polvo metálico AM más utilizado?

R: Las aleaciones de titanio, en particular Ti-6Al-4V, son los polvos metálicos más utilizados en industrias clave como la aeroespacial y la médica.

P: ¿Cuál es el tamaño óptimo de las partículas de polvo AM?

R: El tamaño estándar del polvo oscila entre 10 y 45 micras para la mayoría de los procesos de AM. Sin embargo, el tamaño óptimo depende de la máquina específica y de los parámetros del proceso.

P: ¿Cuánto cuesta el polvo metálico AM?

R: El coste del polvo oscila entre $50-$500/kg en función de la aleación, la calidad y el volumen de compra. El titanio es el más caro, mientras que el aluminio y el acero son más baratos.

P: ¿El uso de polvo reciclado degrada las propiedades del material?

R: Las propiedades pueden degradarse tras un reciclado repetido. Los índices de utilización dependen de la aleación y del proceso de reciclado. Trabaje con su proveedor para maximizar la reutilización manteniendo la consistencia.

P: ¿Cuáles son las características clave del polvo para la AM?

R: Las características clave incluyen la química, la distribución del tamaño de las partículas, la forma, la densidad, la fluidez, el bajo contenido de humedad y los óxidos superficiales.

P: ¿Cómo se produce el polvo AM?

R: El polvo metálico se produce principalmente mediante atomización con gas o agua. Los polímeros utilizan diversos métodos de pulverización. La cerámica utiliza procesos avanzados como la esferoidización por plasma.

P: ¿Cómo se puede determinar la calidad del polvo AM?

R: Realice pruebas y caracterizaciones según las normas del sector para parámetros como la química, la limpieza, la distribución del tamaño de las partículas, el caudal, la densidad y el contenido de humedad.

P: ¿Qué precauciones hay que tomar al manipular polvo metálico AM?

R: Utilice el EPP adecuado, minimice el polvo, evite las fuentes de ignición, aplique prácticas adecuadas de almacenamiento y limpieza, siga todos los procedimientos de seguridad recomendados.

P: ¿En qué se diferencia el polvo AM del polvo para otros procesos como el MIM?

R: Los polvos de AM requieren especificaciones más estrictas en cuanto a distribución del tamaño de las partículas, morfología esférica, características de flujo y limpieza para maximizar la calidad de las piezas.

conocer más procesos de impresión 3D