Fabricación aditiva en polvo

Índice

Visión general

La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, utiliza polvos metálicos para construir componentes capa por capa a partir de modelos digitales. El polvo actúa como materia prima y se funde, sinteriza o une de forma selectiva mediante fuentes de calor de precisión guiadas por las geometrías 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. Cada técnica requiere un polvo con unas características específicas para lograr una densidad, un acabado superficial, una precisión dimensional y unas propiedades mecánicas óptimos en las piezas impresas.

Esta guía proporciona una visión en profundidad del polvo metálico para AM, incluyendo opciones de aleación, métodos de producción, propiedades clave del polvo, aplicaciones, especificaciones, proveedores y 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.

El abastecimiento de polvo AM optimizado permite a los fabricantes mejorar la calidad de impresión, reducir los defectos y aprovechar al máximo las ventajas de la impresión 3D, como la libertad de diseño, la iteración más rápida y la consolidación de piezas. La conexión con proveedores expertos simplifica la cualificación de las materias primas.

polvo para fabricación aditiva

Opciones de aleación para polvo AM

Existe una amplia gama de metales y aleaciones disponibles como materia prima en polvo optimizada para los procesos de impresión 3D:

Sistemas de aleación comunes para Fabricación aditiva en polvo

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

Se pueden obtener aleaciones estándar y personalizadas para satisfacer necesidades específicas 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 polvo metálico producido mediante:

Métodos típicos de fabricación de polvo metálico para AM

  • 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 del polvo metálico AM

Las características críticas del polvo para la AM incluyen:

Metal Fabricación aditiva en polvo Propiedades

CaracterísticaValores típicosImportancia
Distribución granulométrica10 a 45 micrasAfecta a la densificación y al acabado superficial
Forma de las partículasEsféricaMejora el flujo y el empaquetado del polvo
Densidad aparente2 a 4 g/ccInfluencia de la densidad del lecho de polvo
Densidad del grifo3 a 6 g/ccIndica la compresibilidad
Caudal Hall25-50 s/50gGarantiza una distribución uniforme del polvo
Pérdida en el encendido0.1-0.5%El bajo contenido de humedad mejora la impresión
Contenido de oxígeno<0,1%Minimiza los defectos de los óxidos

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 deseadas.

Aplicaciones del polvo metálico AM

La fabricación aditiva permite geometrías complejas imposibles con las técnicas convencionales:

Aplicaciones de la fabricación aditiva de metales

IndustriaUtilizaBeneficios
AeroespacialPalas de turbina, estructurasLibertad de diseño, reducción de peso
MédicoImplantes, prótesis, instrumentalFormas personalizadas
AutomociónAligeramiento de prototipos y herramientasIteración rápida
DefensaPiezas de drones, estructuras de protecciónPrototipos rápidos y tiradas cortas
EnergíaIntercambiadores de calor, colectoresConsolidación de piezas y optimización de la topología
ElectrónicaBlindaje, dispositivos de refrigeración, EMIEstructuras 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 del polvo metálico AM

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

Normas sobre polvo metálico para la fabricación aditiva

EstándarAlcanceParámetrosMétodos de ensayo
ASTM F3049Guía para la caracterización de metales AMMuestreo, análisis del tamaño, química, defectosMicroscopía, difracción, SEM-EDS
ASTM F3001-14Aleaciones de titanio para AMTamaño de las partículas, química, flujoTamizado, SEM-EDS
ASTM F3301Aleaciones de níquel para AMAnálisis de la forma y el tamaño de las partículasMicroscopía, análisis de imágenes
ASTM F3056Acero inoxidable para AMQuímica, propiedades del polvoICP-OES, picnometría
ISO/ASTM 52921Terminología estándar para polvos AMDefiniciones y características del polvoVarios

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

Global Suppliers of AM Metal Powder

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

Metal Powder Manufacturers for Additive Manufacturing

ProveedorMaterialesTamaño típico de las partículas
SandvikAcero inoxidable, acero para herramientas, aleaciones de níquel15-45 micras
PraxairTitanio, superaleaciones10-45 micras
AP&CAleaciones de titanio, níquel y cobalto5-25 micras
Aditivo para carpinterosCromo cobalto, inoxidable, cobre15-45 micras
Tecnología LPWAleaciones de aluminio, titanio10-100 micras
EOSAcero para herramientas, cromo-cobalto, inoxidable20-50 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.

Purchasing Considerations for AM Metal Powder

Key aspects to discuss with suppliers:

  • 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
  • Special handling precautions for pyrophoric alloys
  • Sistemas de calidad y trazabilidad del origen del polvo
  • Technical expertise in AM powder requirements
  • Logística y mecanismos de entrega

Work closely with suppliers experienced in AM-specific powders to ensure ideal material selection for your process and components.

Pros and Cons of AM Metal Powder

Benefits vs Limitations of Metal Powder for Additive Manufacturing

VentajasDesventajas
Permite geometrías complejas y personalizadasMayor coste que los materiales convencionales
Acorta drásticamente el tiempo de desarrolloPrecauciones necesarias para la manipulación del polvo
Simplifica montajes y aligera pesosA menudo es necesario un tratamiento posterior de las piezas impresas.
Consigue propiedades cercanas a las de los materiales forjadosLimitaciones de tamaño y volumen de construcción
Eliminates expensive toolingLas tensiones térmicas pueden provocar grietas y deformaciones
Permite la consolidación de piezas y la optimización de la topologíaVolúmenes de producción inferiores a los de los métodos tradicionales
Mejora enormemente la relación compra-vueloRequiere 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.

polvo para fabricación aditiva

Preguntas frecuentes

How small can particle size be for metal additive manufacturing?

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?

Prealloyed powders ensure uniform properties but for composites, physical powder blending or specialized atomization techniques provide custom blended elemental powder mixes.

¿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

Optimized metal powders enable additive manufacturing processes to construct complex, robust metal components with superior properties. Matching alloy chemistry and powder characteristics to the printing method and component performance requirements is critical to high quality results. By partnering with experienced powder suppliers, end users leverage expertise in both powder production and 3D printing processes to develop parts faster and more reliably. Continued advances in metal powders help drive increased adoption of additive techniques across critical industries.

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