Introducción a la fusión selectiva por láser (SLM)

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Fusión selectiva por láser (SLM)

Imagine un mundo en el que piezas metálicas complejas, antes imposibles de fabricar con técnicas tradicionales, puedan crearse capa a capa con una precisión increíble. Este salto visionario se hace realidad con la fusión selectiva por láser (SLM), un fabricación aditiva (AM) transformando el panorama de la fabricación de metales.

¿Qué es el SLM?

En esencia, el SLM, también conocido como sinterizado directo de metales por láser (DMLS)es una fusión en lecho de polvo (PBF) que utiliza un láser de alta potencia para fundir selectivamente partículas de polvo metálico y construir un objeto tridimensional capa a capa. Este método capa a capa, similar a la construcción con pequeños ladrillos de Lego, permite crear geometrías complejas, estructuras huecas y características internas inalcanzables con métodos convencionales como la fundición o el mecanizado.

La magia del SLM

1. Diseño CAD: El viaje comienza con un modelo de diseño asistido por ordenador (CAD), que da vida al plano digital de la pieza deseada.
2. Preparación del lecho de polvo: Una fina capa de polvo metálico, elegida meticulosamente por sus propiedades y aplicación prevista, se extiende sobre una plataforma dentro de la máquina SLM.
3. Fusión por láser: Un rayo láser de alta potencia, normalmente un láser de fibra de Yb, escanea el lecho de polvo según el corte digital extraído del modelo CAD. La energía focalizada del láser funde con precisión las regiones designadas, fusionando las partículas metálicas para formar una capa sólida.
4. Capa por capa: La plataforma desciende ligeramente y se deposita una nueva capa de polvo. Este meticuloso baile de fusión láser y deposición de polvo continúa, construyendo meticulosamente el objeto capa a capa hasta completarlo.
5. Post-procesamiento: Una vez terminada, la pieza impresa se somete a la retirada de la estructura de soporte y, en función del material y la aplicación, pueden ser necesarios tratamientos adicionales como el tratamiento térmico o el acabado superficial.

Polvo metálico adecuado para SLM

El éxito de la SLM depende de la selección del polvo metálico adecuado. Cada material tiene unas propiedades únicas que influyen en la capacidad de impresión, el rendimiento mecánico y el coste. A continuación se analizan diez polvos metálicos de uso común en SLM:

Ventajas y limitaciones de SLM

Las ventajas de la SLM:

• Libertad de diseño: La SLM permite crear geometrías complejas, canales internos y estructuras ligeras, ampliando los límites de las posibilidades de diseño.
• Diversidad material: Una amplia gama de polvos metálicos satisface diversas aplicaciones, lo que permite seleccionar el material en función de las necesidades específicas de rendimiento.
• Reducción de residuos: En comparación con las técnicas tradicionales de fabricación sustractiva, la SLM minimiza el desperdicio de material, fomentando la sostenibilidad.

Ventajas de la SLM (continuación):

• Flexibilidad de producción: La SLM facilita la creación de piezas únicas o pequeños lotes sin necesidad de costosas herramientas, lo que permite la fabricación bajo demanda y la creación rápida de prototipos.
• Funcionalidad mejorada: La SLM permite integrar características complejas en una sola pieza, lo que mejora la funcionalidad y reduce la complejidad del montaje.

Las limitaciones del SLM:

• Costo: Las máquinas SLM y los polvos metálicos pueden ser caros, lo que hace que esta tecnología sea menos adecuada para la producción de grandes volúmenes a bajo coste.
• Rugosidad superficial: Debido a la naturaleza por capas del proceso, las piezas SLM pueden presentar un acabado superficial ligeramente más rugoso en comparación con algunos métodos tradicionales. Sin embargo, las técnicas de postprocesado pueden mitigarlo en cierta medida.
• Propiedades del material: Aunque las propiedades mecánicas de las piezas fabricadas con SLM suelen ser buenas, no siempre coinciden perfectamente con las de sus homólogas fabricadas de forma tradicional, sobre todo en aleaciones específicas. La investigación y el desarrollo en curso mejoran continuamente las propiedades de los materiales en la SLM.
• Limitaciones del tamaño de la construcción: El tamaño de construcción de las máquinas SLM es actualmente limitado en comparación con algunas técnicas convencionales. Sin embargo, cada vez se desarrollan máquinas más grandes.

aplicación de SLM

El SLM está transformando sin cesar diversas industrias, dejando su impronta en:

Aeroespacial: La capacidad de la SLM para crear componentes ligeros y de alta resistencia está revolucionando el diseño de aeronaves, lo que se traduce en mejoras de la eficiencia del combustible y optimización del rendimiento.

Automóviles: La industria del automóvil está aprovechando la SLM para crear prototipos, componentes estructurales ligeros e incluso piezas personalizadas para vehículos de alto rendimiento.

Productos sanitarios: La SLM está desempeñando un papel crucial en el desarrollo de implantes, prótesis e instrumentos quirúrgicos personalizados, ofreciendo una biocompatibilidad mejorada y soluciones específicas para cada paciente.

Bienes de consumo: Desde joyería personalizada y artículos deportivos hasta electrónica de consumo innovadora, la SLM permite crear productos únicos y funcionales.

El futuro de SLM: Una mirada al horizonte

A medida que la investigación y el desarrollo de la SLM sigan avanzando, podemos esperar ver avances aún más emocionantes:

• Materiales avanzados: Constantemente se exploran nuevos polvos metálicos con propiedades mejoradas, como mayor resistencia, resistencia al calor y biocompatibilidad.
• Velocidades de impresión más rápidas y mayores tamaños de impresión: Los avances en la tecnología láser y el diseño de máquinas están ampliando los límites de la velocidad de impresión y las limitaciones de tamaño.
• Costes reducidos: A medida que la tecnología madure y aumente su adopción, se espera que el coste de las máquinas y los materiales de SLM disminuya, haciendo que esta tecnología sea más accesible.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son los costes típicos asociados a la gestión sostenible de residuos?

R: El coste del SLM puede variar significativamente en función de varios factores, entre ellos:

• Coste de la máquina: El coste inicial de la máquina SLM puede oscilar entre cientos de miles y millones de dólares.
• Coste del material: El coste de los polvos metálicos puede variar en función del material específico y sus propiedades.
• Complejidad parcial: La complejidad del diseño de la pieza puede afectar significativamente al tiempo de impresión y al uso de material, influyendo en el coste global.
• Requisitos de postprocesamiento: Los tratamientos adicionales, como el tratamiento térmico o el acabado superficial, pueden aumentar el coste final.

Como estimación general, el coste por kilogramo de piezas impresas con SLM puede oscilar entre varios cientos de dólares y decenas de miles de dólares.

P: ¿Cuáles son los materiales más resistentes que se pueden imprimir con SLM?

R: Mediante SLM pueden imprimirse varios materiales de alta resistencia, entre ellos:

• Inconel 625: Esta superaleación a base de níquel-cromo presenta una excelente resistencia a altas temperaturas y se utiliza habitualmente en aplicaciones exigentes como los componentes de turbinas de gas.
• Titanio Ti6Al4V: Este material de trabajo ofrece una elevada relación resistencia-peso y una buena resistencia a la corrosión, lo que lo hace popular en aplicaciones aeroespaciales y médicas.
• Aceros para herramientas: Mediante SLM pueden imprimirse diversos tipos de acero para herramientas, conocidos por su resistencia al desgaste y dureza superiores, ideales para herramientas de corte y troqueles.

Es importante consultar con expertos en SLM para determinar el material más adecuado para su aplicación específica en función de la resistencia requerida, otras propiedades y consideraciones presupuestarias.

P: ¿Cómo es la rugosidad superficial de las piezas fabricadas con SLM en comparación con las piezas fabricadas tradicionalmente?

R: Debido a la naturaleza por capas del proceso, las piezas SLM pueden tener un acabado superficial ligeramente más rugoso en comparación con las piezas producidas mediante técnicas como el mecanizado o la fundición. Sin embargo, las técnicas de postprocesado como el chorro de arena, el pulido o el mecanizado pueden mejorar significativamente el acabado superficial y alcanzar los niveles deseados de suavidad.

P: ¿Es la SLM un proceso de fabricación respetuoso con el medio ambiente?

R: En comparación con las técnicas tradicionales de fabricación sustractiva, que generan importantes residuos de material, la SLM ofrece una alternativa más sostenible. Permite fabricar piezas con formas casi netas, lo que minimiza el desperdicio de material. Además, la capacidad de producir piezas bajo demanda puede ayudar a reducir las necesidades de transporte.

Conclusión

La fusión selectiva por láser (SLM) es un poderoso testimonio del ingenio humano, que amplía los límites de la fabricación de metales y abre una nueva era de posibilidades de diseño y fabricación. A medida que la tecnología sigue evolucionando, podemos esperar aplicaciones aún más transformadoras en diversos sectores. Ya se trate de revolucionar la construcción aeronáutica, crear implantes médicos que cambien vidas o fomentar la innovación en los bienes de consumo, la tecnología SLM está llamada a dejar una huella indeleble en el futuro.

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