Deposición de energía dirigida (DED)
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Deposición de energía dirigida (DED) es una sofisticada técnica de fabricación aditiva que está revolucionando el mundo de la fabricación de metales. Tanto si eres un ingeniero experimentado, un curioso entusiasta de la tecnología o alguien que se sumerge en la impresión 3D por primera vez, este artículo te guiará a través de todos los aspectos de la DED. Desde los conceptos básicos hasta las aplicaciones avanzadas, lo trataremos todo con un estilo ameno y ameno.
Visión general de la deposición de energía dirigida (DED)
La deposición de energía dirigida es un proceso que consiste en fundir material, normalmente polvo o alambre metálico, mediante una fuente de energía focalizada, como un láser, un haz de electrones o un arco de plasma. A continuación, este material fundido se deposita exactamente donde se necesita, capa por capa, para construir un objeto tridimensional. Es como un proceso de soldadura de alta tecnología, pero con una precisión y un control extremos.
Tipos de sistemas de deposición de energía dirigida (DED)
Los sistemas DED pueden variar considerablemente en función de la fuente de energía y el material utilizado. He aquí un desglose:
| Tipo | Fuente de energía | Material | Características principales |
|---|---|---|---|
| DED basado en láser | Láser | Polvo metálico/alambre | Alta precisión, excelente acabado superficial, versátil |
| Haz de electrones DED | Haz de electrones | Polvo metálico/alambre | Alta eficiencia energética, adecuado para metales de alto punto de fusión |
| Arco de plasma DED | Arco de plasma | Polvo metálico/alambre | Rentable, robusta, buena para piezas grandes |
Cada tipo tiene sus puntos fuertes y débiles, lo que los hace adecuados para distintas aplicaciones. Por ejemplo, los sistemas basados en láser son conocidos por su precisión, lo que los hace ideales para componentes aeroespaciales, mientras que los sistemas de arco de plasma son favoritos por su rentabilidad en la producción de piezas grandes.
Modelos de polvo metálico para deposición de energía dirigida
Seleccionar el polvo metálico adecuado es crucial para el éxito de los procesos de DED. He aquí diez polvos metálicos populares utilizados en DED, junto con sus descripciones:
- Inconel 718: Aleación de níquel y cromo conocida por su gran resistencia y resistencia a la corrosión, ideal para aplicaciones aeroespaciales y de alta temperatura.
- Ti-6Al-4V (titanio de grado 5): Esta aleación de titanio es conocida por su elevada relación resistencia-peso y su excelente resistencia a la corrosión, y se utiliza habitualmente en aplicaciones aeroespaciales y biomédicas.
- Acero inoxidable 316L: Acero inoxidable austenítico con una excelente resistencia a la corrosión y buenas propiedades mecánicas, utilizado a menudo en aplicaciones marinas y médicas.
- AlSi10Mg: Aleación de aluminio con buena resistencia y propiedades térmicas, muy utilizada en la industria automovilística y aeroespacial.
- Cromo-cobalto (CoCr): Conocido por su alta resistencia al desgaste y biocompatibilidad, lo que lo hace perfecto para implantes dentales y ortopédicos.
- Acero para herramientas H13: Acero para herramientas para trabajo en caliente con excelente tenacidad y resistencia al calor, ideal para aplicaciones de fundición a presión y extrusión.
- Cobre (Cu): Ofrece una excelente conductividad eléctrica y térmica, se utiliza en componentes eléctricos e intercambiadores de calor.
- Aleación de níquel 625: Superaleación a base de níquel de alta resistencia a la oxidación y a la corrosión, adecuada para procesos químicos y aplicaciones marinas.
- Acero martensítico envejecido: Conocido por su gran resistencia y dureza, se utiliza habitualmente en aplicaciones aeroespaciales y de utillaje.
- Aluminio 7075: Aleación de aluminio de gran resistencia, utilizada a menudo en aplicaciones aeroespaciales y militares.
Aplicaciones de Deposición de energía dirigida (DED)
La tecnología DED tiene una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores. He aquí algunos de los usos más comunes:
| Aplicación | Industria | Ejemplos |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Aeroespacial | Palas de turbina, componentes estructurales |
| Médico | Biomédica | Implantes y prótesis a medida |
| Automoción | Automoción | Componentes de motores, piezas de prototipos |
| Herramientas | Fabricación | Moldes, matrices y utillajes |
| Energía | Energía | Componentes de turbinas, intercambiadores de calor |
| Marina | Marina | Hélices, componentes estructurales |
| Defensa | Defensa | Componentes de armamento, reparación de equipos militares |
Especificaciones y normas para polvos metálicos en DED
Al seleccionar polvos metálicos para DED, es esencial tener en cuenta varias especificaciones y normas para garantizar la calidad y el rendimiento. He aquí algunos detalles clave:
| Material | Tamaño de las partículas | Pureza | Normas |
|---|---|---|---|
| Inconel 718 | 15-45 µm | >99,9% | ASTM B637, AMS 5662 |
| Ti-6Al-4V | 15-45 µm | >99,5% | ASTM F2924, AMS 4998 |
| Acero inoxidable 316L | 15-45 µm | >99,5% | ASTM F3184, AMS 5653 |
| AlSi10Mg | 20-63 µm | >99,5% | EN 1706, ASTM B85 |
| Cromo-cobalto (CoCr) | 15-45 µm | >99,9% | ASTM F75, ISO 5832-4 |
| Acero para herramientas H13 | 15-45 µm | >99,9% | ASTM A681, AMS 6487 |
| Cobre (Cu) | 15-45 µm | >99,9% | ASTM B216, ISO 9208 |
| Aleación de níquel 625 | 15-45 µm | >99,9% | ASTM B443, AMS 5599 |
| Acero martensítico envejecido | 15-45 µm | >99,9% | AMS 6514, ASTM A538 |
| Aluminio 7075 | 20-63 µm | >99,5% | ASTM B211, AMS 4045 |
Proveedores y precios de los polvos metálicos
Comprender el mercado y los precios es vital para presupuestar y planificar. He aquí una comparación de algunos de los principales proveedores y sus precios de diversos polvos metálicos utilizados en DED:
| Proveedor | Material | Precio/kg (USD) | Tiempo de espera | MOQ |
|---|---|---|---|---|
| Praxair Surface Tech | Inconel 718 | $100 | 2-4 semanas | 10 kg |
| Tecnología Carpenter | Ti-6Al-4V | $120 | 3-5 semanas | 5 kg |
| Sandvik | Acero inoxidable 316L | $80 | 2-3 semanas | 10 kg |
| Höganäs | AlSi10Mg | $70 | 2-4 semanas | 15 kg |
| Arcam AB | Cromo-cobalto (CoCr) | $200 | 4-6 semanas | 5 kg |
| Aditivos GKN | Acero para herramientas H13 | $90 | 2-3 semanas | 10 kg |
| Heraeus | Cobre (Cu) | $150 | 3-4 semanas | 10 kg |
| VDM Metales | Aleación de níquel 625 | $110 | 3-5 semanas | 5 kg |
| Aubert & Duval | Acero martensítico envejecido | $130 | 4-6 semanas | 5 kg |
| ECKA Granulado | Aluminio 7075 | $60 | 2-3 semanas | 20 kg |
Ventajas y limitaciones de la deposición de energía dirigida (DED)
La tecnología DED ofrece numerosas ventajas, pero también tiene ciertas limitaciones. He aquí una comparación:
| Ventajas | Limitaciones |
|---|---|
| Alta precisión y exactitud | Elevado coste de instalación inicial |
| Capacidad para reparar y añadir material | Requiere operarios cualificados |
| Adecuado para una amplia gama de materiales | Limitado por el tamaño y la complejidad de las piezas |
| Reducción de los residuos de material | Velocidades de producción más lentas |
| Excelentes propiedades mecánicas | A menudo es necesario el postprocesado |
| Versatilidad en las aplicaciones | Alto consumo de energía |
Parámetros clave en Deposición de energía dirigida (DED)
Comprender los parámetros clave de la DED es esencial para optimizar el proceso. He aquí algunos factores críticos:
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Potencia láser | Determina la entrada de energía y afecta a la fusión |
| Velocidad de exploración | Afecta a la calidad de la capa y al tiempo de construcción |
| Espesor de capa | Influye en el acabado superficial y las propiedades mecánicas |
| Velocidad de alimentación de polvo | Controla la tasa de deposición de material |
| Flujo de gas de protección | Protege el baño de fusión de la oxidación |
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es la deposición de energía dirigida (DED)?
La DED es un proceso de impresión 3D que utiliza fuentes de energía focalizadas, como láseres, haces de electrones o arcos de plasma, para fundir el material de partida y depositarlo sobre un sustrato. Este proceso permite la creación de geometrías complejas, la reparación de componentes existentes y la fabricación aditiva.
2. ¿Cuáles son los tipos de fuentes de energía más utilizados en los DED?
Entre las fuentes de energía habituales para los DED se incluyen:
- Láser: Haces de luz de alta intensidad enfocados para fundir la materia prima.
- Haz de electrones: Se utilizan electrones de alta energía para fundir la materia prima en un entorno de vacío.
- Arco de plasma: Arco de plasma de alta temperatura utilizado para fundir y depositar material.
3. ¿Qué tipos de materiales pueden utilizarse en DED?
El DED puede utilizar diversos materiales, entre ellos:
- Metales: Acero, titanio, aluminio, aleaciones de níquel, etc.
- Compuestos de matriz metálica: Metales reforzados con partículas o fibras cerámicas.
- Ciertas cerámicas: Para aplicaciones especializadas.
4. ¿Cuáles son las aplicaciones típicas del DED?
El DED se utiliza en diversas aplicaciones, como:
- Reparación y mantenimiento: Restauración de piezas desgastadas o dañadas en sectores como el aeroespacial, la automoción y la energía.
- Fabricación de piezas a medida: Creación de componentes complejos y personalizados para diversas industrias.
- Creación de prototipos: Desarrollo de nuevos diseños y productos.
- Herramientas: Fabricación o reparación de herramientas y matrices.
5. ¿Qué industrias se benefician más de la tecnología DED?
Entre las industrias que se benefician del DED figuran:
- Aeroespacial: Para reparación y fabricación de componentes.
- Automóvil: Para la producción y reparación de piezas.
- Energía: Reparación de álabes de turbinas y otros componentes críticos.
- Médico: Implantes y prótesis a medida.
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