Fabricación aditiva de aluminio

Índice

Panorama de la fabricación aditiva de aluminio

Fabricación aditiva de aluminio, también conocido como aluminio impreso en 3D, se refiere al proceso de creación de piezas de aluminio capa a capa mediante tecnologías de impresión 3D. Permite crear geometrías complejas y piezas de aluminio personalizadas sin necesidad de recurrir a los métodos de mecanizado tradicionales.

Algunos detalles clave sobre la fabricación aditiva de aluminio:

  • Se utiliza en sectores como el aeroespacial, automoción, médico y productos de consumo para prototipos, herramientas y piezas de uso final.
  • Proporciona libertad de diseño, reduce el peso y consolida los ensamblajes en una sola pieza.
  • Produce piezas de aluminio resistentes y duraderas con propiedades de material similares a las de la fabricación tradicional.
  • Utiliza tecnologías de impresión 3D de metales como la fusión de lecho de polvo, la deposición de energía dirigida
  • Se suelen utilizar aleaciones de aluminio como AlSi10Mg, Scalmalloy, Al6061
  • Post-procesamiento como prensado isostático en caliente, mecanizado CNC necesario para conseguir la calidad final de la pieza.
fabricación aditiva de aluminio

Tipos de equipos de fabricación aditiva de aluminio

Tipo de equipoDescripciónMaterialesTamaño del edificioPrecisiónAcabado superficialCoste
Cama de polvo FusionUtiliza un láser o un haz de electrones para fundir y fusionar selectivamente capas de polvo metálico.Aleaciones de aluminio, titanio, aceros, superaleacionesPequeña a medianaAlta (hasta 0,1 mm)Áspero como impreso, bueno después del mecanizadoAlta (>1 máquinaTP4T500K)
Deposición de energía dirigidaEnfoca una fuente de energía, como un rayo láser o de electrones, en puntos específicos mientras se añade polvo de metal de relleno para construir la pieza.Aleaciones de aluminio, titanio, aceros, superaleacionesMediana a grandeMedia (0,5 mm a 1 mm)Áspero como impreso, justo después del mecanizadoAlta (>1 máquinaTP4T500K)
Chorro aglomeranteUne el polvo metálico mediante un agente adhesivo líquido, sinteriza la pieza tras la impresiónAleaciones de aluminio, acerosMedioMedia (0,5 mm a 1 mm)Áspero (requiere aleación infiltrante)Inferior (máquina $150K a $300K)

Aplicaciones de la fabricación aditiva de aluminio

IndustriaEjemplos de aplicaciónBeneficios
AeroespacialPiezas de motores de aviones y cohetes, soportes, estructuras de apoyoAligeramiento, geometrías personalizadas
AutomociónSoportes a medida, intercambiadores de calor, plantillas y accesoriosEnsamblajes consolidados, prototipado rápido
MédicoCofias dentales, implantes ortopédicos, instrumental quirúrgicoBiocompatible, tallaje personalizado
Productos de consumoMonturas de drones, artículos deportivos, accesorios de modaProducción de tiradas cortas, iteración rápida del diseño
HerramientasMoldes de inyección, plantillas, dispositivos, calibresMás rápido y barato que el utillaje tradicional

Especificaciones de la fabricación aditiva de aluminio

ParámetroDetalles
MaterialesAleaciones de aluminio: AlSi10Mg, Al6061, Scalmalloy, aleaciones a medida
Tamaños de las piezasHasta 500 mm x 500 mm x 500 mm para fusión de lecho de polvo <br> 1m x 1m x 1m para deposición de energía dirigida
Resolución de capasDe 20 micras a 100 micras típicas
Acabado superficialComo impreso: Ra 10-25 micras <br> Mecanizado: Ra 0,4 - 6,3 micras
Propiedades mecánicasResistencia a la tracción: 330-470 MPa <br> Límite elástico: 215-350 MPa <br> Alargamiento a la rotura: 3-8%
Precisión± 100 micras para fusión en lecho de polvo <br> ± 300 micras para chorro de ligante <br>± 500 micras para deposición de energía dirigida
Normas de diseñoISO/ASTM 52900: Requisitos de diseño para la fabricación aditiva <br> ISO/ASTM 52921: Norma para el proceso de fusión de lechos de polvo metálico

Proveedores y costes de la fabricación aditiva de aluminio

ProveedorMarcas de equiposCoste medio de las piezas
Sistemas 3DDMP, Figura 4$8-$12 por cm3
EOSSerie EOS M$6-$10 por cm3
Aditivos GEConcept Laser M2, X Line 2000R$8-$15 por cm3
Velo3DVelo3D Zafiro$20+ por cm3

Los costes de las piezas dependen de la velocidad de fabricación, los materiales utilizados, la complejidad geométrica, las necesidades de postprocesado y la cantidad de los pedidos. En general, la fabricación aditiva de aluminio permite ahorrar costes en la producción de bajo volumen, normalmente menos de 10.000 unidades.

Requisitos de la instalación de fabricación aditiva de aluminio

ParámetroRequisitos
Tipo de instalaciónInstalaciones dedicadas a la AM de metales con control climático y estaciones de manipulación de polvos
Fuente de alimentaciónDe 200 V a 480 V, de 30 a 150 kW, de 30 a 70 A por máquina
Suministro de gasArgón, nitrógeno para la fusión del lecho de polvo <br> Argón para deposición de energía dirigida
Sistemas de escapeSistemas de extracción de humos, filtros HEPA para partículas en polvo
SoftwareCAD, software de control de máquinas de AM como Materialise Magics, Autodesk Netfabb
Tratamiento posteriorPrensa isostática en caliente, cabina de granallado, mecanizado CNC

Para la fabricación aditiva de metales se recomienda un entorno limpio y a temperatura controlada, entre 15 y 30 °C. También deben preverse instalaciones adecuadas para el almacenamiento, la manipulación y la gestión de residuos del polvo.

Funcionamiento y mantenimiento de la fabricación aditiva de aluminio

ActividadesFrecuencia
CalibraciónComprobaciones diarias de la potencia del láser, calibración trimestral
Gestión del materialControl del polvo Análisis granulométrico, morfología trimestral
Servicio de equiposLimpieza de la óptica y los filtros, de diaria a semanal <br> Sustitución de consumibles como escobillas, filtros <br> Mantenimiento preventivo según el programa OEM
Actualizaciones de softwareActualizaciones periódicas de firmware y software
Mantenimiento de las instalacionesCompruebe los sistemas de calefacción, refrigeración y escape <br> Estaciones de manipulación de polvo limpias

La limpieza diaria de los equipos y la supervisión de todos los sistemas son fundamentales. Es obligatoria la formación del personal y el uso de EPI para la manipulación de polvos metálicos. Siga las directrices del OEM para el mantenimiento preventivo y la calibración.

Elección de un socio de fabricación aditiva de aluminio

Al seleccionar un proveedor de servicios AM para piezas de aluminio, tenga en cuenta lo siguiente:

  • Experiencia en procesos AM: busque años en el negocio, estudios de casos en aluminio específicamente.
  • Materiales y capacidades de postprocesado: aleaciones de aluminio, HIP, tratamientos térmicos, mecanizado
  • Certificaciones de calidad - ISO 9001, ISO/IEC 17025, Nadcap
  • Experiencia en diseño: ¿pueden optimizar las piezas para la AM?
  • Equipos instalados: máquinas modernas y bien mantenidas
  • Equipos de postprocesado: ¿de qué disponen?
  • Rapidez en la creación de prototipos
  • Escalabilidad para la producción: ¿pueden satisfacer los volúmenes?
  • Ubicación y logística: ayuda si está cerca
  • Competitividad de costes: presupuestos transparentes, económicos para el alcance del proyecto
  • Opiniones de clientes: busque en Internet o pida referencias

Ventajas e inconvenientes de la fabricación aditiva de aluminio

VentajasDesventajas
Geometrías complejas, consolida conjuntosTamaño limitado en función del volumen de construcción
Aligeramiento y reducción del número de piezasEl tratamiento posterior aumenta el plazo de entrega
Creación rápida de prototipos, inventario digitalMayor coste que los métodos tradicionales para grandes volúmenes
Libertad de diseño, formas optimizadasMenor alargamiento en comparación con las aleaciones forjadas
Mínimo desperdicio de materialPropiedades anisotrópicas en horizontal frente a vertical
Acortar los plazos de desarrolloLos problemas de porosidad pueden requerir prensado isostático en caliente
Fabricación sin herramientas, no se necesitan utillajesFormación e instalaciones específicas para el metal AM

La AM de aluminio ofrece ventajas como flexibilidad de diseño, consolidación de piezas y plazos de entrega rápidos. Pero también requiere equipos y conocimientos especializados. Para producir piezas de uso final es necesario conocer a fondo el proceso.

fabricación aditiva de aluminio

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las diferentes aleaciones de aluminio utilizadas en la fabricación aditiva?

Algunas aleaciones de aluminio comunes utilizadas son:

  • AlSi10Mg - Excelente resistencia y acabado superficial. La aleación de aluminio más popular en AM.
  • Al6061 - Aleación de mayor resistencia con buena resistencia a la corrosión. Fácilmente disponible.
  • Scalmalloy - Aleación de aluminio desarrollada por Airbus con gran resistencia y ductilidad.
  • Aleaciones personalizadas - Pueden diseñarse para optimizar determinadas propiedades. Requiere I+D.

¿Qué tratamiento posterior requieren las piezas de aluminio AM?

Entre los pasos habituales del postprocesado se incluyen:

  • Retirar de la placa de montaje
  • Granallado para alisar la superficie
  • Prensado isostático en caliente para mejorar la densidad
  • Tratamientos térmicos para optimizar las propiedades mecánicas
  • Mecanizado CNC - taladrado, roscado, fresado para precisión dimensional
  • Tratamientos superficiales: anodizado, revestimiento en polvo para estética

¿Cómo se compara el coste del aluminio AM con el del mecanizado CNC?

Para la producción de bajo volumen (menos de 100 piezas), la AM suele ser más rentable que el mecanizado CNC. No se necesitan herramientas y los plazos de entrega son más cortos. Para volúmenes superiores a 1.000 unidades, el mecanizado CNC tiene costes más bajos debido al desperdicio de material con AM. Los enfoques híbridos que combinan AM y mecanizado pueden ofrecer soluciones rentables para volúmenes medios.

¿Qué tamaño de piezas de aluminio pueden fabricarse con impresión 3D metálica?

En tecnologías de lecho de polvo como DMLS y EBM, el tamaño máximo de las piezas es de unos 500 mm x 500 mm x 500 mm. Las máquinas de gran formato superan las dimensiones de 1 m x 1 m x 1 m. El chorro de aglutinante y la deposición de energía dirigida tienen menos limitaciones de tamaño, y algunas máquinas permiten fabricar piezas a escala de un metro.

¿Qué acabado superficial cabe esperar con la fabricación aditiva de aluminio?

El acabado de la superficie tal como se imprime con AM es relativamente rugoso, en torno a Ra 10-25 micras. Diversas operaciones de acabado pueden mejorarlo significativamente:

  • Mecanizado CNC - Ra 0,4 a 6,3 micras
  • Pulido - Ra < 1 micra
  • Anodizado: superficie lisa y uniforme para mejorar la resistencia a la corrosión

Con el postprocesado adecuado, las piezas de aluminio AM pueden lograr un acabado superficial liso comparable al de la fabricación tradicional.

¿Qué industrias utilizan la fabricación aditiva de aluminio?

Entre las industrias clave que adoptan el aluminio AM se incluyen:

  • Aeroespacial - Componentes de aeronaves, soportes, piezas de motores
  • Automoción - Intercambiadores de calor, soportes a medida, utillaje
  • Médico - Cofias dentales, implantes, instrumental quirúrgico
  • Bienes de consumo - Componentes de drones, equipamiento deportivo, gadgets
  • Industrial - Plantillas y dispositivos de uso final para fabricación y montaje

El aluminio AM permite diseños ligeros y optimizados en todos estos segmentos.

¿Qué conocimientos técnicos se necesitan para la AM de aluminio interna?

Para implantar con éxito la AM de aluminio en la empresa es necesario:

  • Ingenieros de AM para optimizar las construcciones y cualificar los procesos
  • Técnicos para el funcionamiento y mantenimiento de los equipos
  • Equipo de calidad para validar piezas y procedimientos
  • Técnicos de manipulación de polvos formados en salud y seguridad
  • Equipo de instalaciones para suministrar energía, refrigeración, gas y gases de escape
  • Software y soporte de red para la gestión de datos AM

Se recomienda un enfoque de equipo interfuncional para crear experiencia en AM en toda la organización.

¿Qué normas se aplican a la fabricación aditiva de aluminio?

Entre las normas clave figuran:

  • ISO/ASTM 52900 - Terminología estándar para AM
  • ISO/ASTM 52921 - Norma para equipos de proceso de fusión en lecho de polvo
  • ASTM F3001 - Norma para piezas médicas AM
  • ASTM F3301 - Norma para la deposición de energía dirigida de metales AM
  • ASTM F3302 - Norma para la inyección de ligante en metales AM

La certificación de piezas conforme a estas normas demuestra la gestión de la calidad y el cumplimiento de las mismas.

Conclusión

La fabricación aditiva de aluminio permite fabricar componentes de aluminio ligeros y optimizados en los sectores aeroespacial, automovilístico, médico y de bienes de consumo. Con los conocimientos y la experiencia adecuados sobre el proceso, se pueden producir piezas de aluminio de uso final utilizando la flexibilidad basada en capas de la impresión 3D. A medida que la tecnología de AM de aluminio madure, los costes disminuirán y seguirá aumentando la adopción de este versátil material metálico.

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