Fabricación aditiva SLM

La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, es una forma transformadora de fabricar piezas y productos. Una de las técnicas de fabricación aditiva más utilizadas es la fusión selectiva por láser (SLM). La SLM es un método de fusión de lecho de polvo que utiliza un láser de alta potencia para fusionar selectivamente polvo de material y construir piezas capa a capa.

La SLM permite crear geometrías complejas con características internas intrincadas directamente a partir de datos CAD en 3D. También minimiza el desperdicio de material y ofrece una flexibilidad de diseño que no es posible con la fabricación tradicional. Sin embargo, la SLM requiere equipos especializados, parámetros de procesamiento optimizados y un buen conocimiento de las características de los materiales.

Esta completa guía abarca todo lo que necesita saber sobre la fabricación aditiva por fusión selectiva por láser. Explica la tecnología, los materiales típicos utilizados, las aplicaciones, las ventajas frente a las limitaciones, las especificaciones, los proveedores, los costes, las comparaciones con otros métodos de impresión 3D y mucho más. Siga leyendo y conviértase en un experto en SLM.

Cómo funciona la impresión 3D SLM

La SLM utiliza un rayo láser enfocado para fundir y fusionar polvo metálico. Las piezas se fabrican de forma aditiva capa a capa a partir de los datos del modelo CAD en 3D. Estos son los aspectos clave del proceso de SLM:

Descripción general del proceso de fabricación aditiva SLM

El método de capas permite crear formas complejas y orgánicas con intrincadas cavidades internas y túneles que no podrían hacerse por métodos tradicionales como el vaciado o el mecanizado a partir de bloques sólidos.

El SLM también recibe nombres similares, como sinterizado selectivo por láser (SLS), sinterizado directo de metal por láser (DMLS) y fusión de lecho de polvo (PBF). Los aspectos básicos de estos procesos basados en el polvo son esencialmente idénticos, con pequeñas diferencias de equipamiento.

Materiales SLM

La tecnología de fabricación aditiva SLM permite procesar una amplia gama de metales, aleaciones y cerámicas. Los más utilizados son los aceros inoxidables, el cromo-cobalto, el titanio, el aluminio y las superaleaciones con base de níquel. Las opciones de materiales siguen ampliándose a medida que se desarrolla la tecnología.

Materiales y usos habituales de la SLM

La opción más popular es Polvo de acero inoxidable 316L debido a su solidez, resistencia a la corrosión, acabados de alta calidad y menor coste en comparación con las aleaciones exóticas.

Los materiales para SLM se someten a un estricto control de calidad con partículas de polvo esféricas de un tamaño medio de 15-100 micras de diámetro. Los polvos más finos mejoran la resolución, mientras que los más gruesos se fabrican más rápido pero con menor precisión.

Aplicaciones GST

La SLM es muy valorada para prototipos, herramientas personalizadas y producción de bajo volumen de componentes metálicos complejos de alto rendimiento con propiedades mecánicas mejoradas. Estas son algunas de las principales aplicaciones en los principales sectores:

Áreas de aplicación de la fabricación aditiva SLM

La capacidad de consolidar conjuntos en piezas únicas, personalizar diseños con rapidez y reducir los plazos de entrega de meses a días en comparación con los métodos de fabricación tradicionales sustenta el creciente uso de la SLM para aplicaciones de producción en estas industrias.

Fabricantes de impresoras SLM

Muchas empresas fabrican equipos SLM, también denominados impresoras 3D. Entre los principales fabricantes de impresoras 3D metálicas profesionales de calidad industrial se encuentran:

Principales proveedores de máquinas SLM

Aunque los costes iniciales de equipamiento de una máquina SLM industrial oscilan entre $150.000 y más de $1 millón, es fundamental seleccionar el sistema adecuado en función del espacio disponible, las necesidades de materiales, los requisitos de precisión y las consideraciones presupuestarias. Los principales fabricantes ofrecen diferentes tamaños de construcción, configuraciones multi-láser para mayor velocidad, parámetros especializados para la calidad y repetibilidad con diferentes aleaciones, niveles de funciones de automatización de software, y mucho más.

Propiedades de los materiales SLM

Las piezas impresas en máquinas SLM presentan propiedades únicas en comparación con los métodos tradicionales de fundición y mecanizado debido a la fabricación por capas y la rápida solidificación.

Comparación de propiedades mecánicas - SLM frente a fabricación tradicional

Las altas velocidades de enfriamiento del proceso SLM, superiores a 106 °C/s, crean microestructuras más finas con fases metaestables. Esto se traduce en densidades máximas a partir de la consolidación del polvo, junto con excelentes propiedades mecánicas, como un mayor límite elástico y resistencia a la tracción. El alargamiento suele ser menor en las piezas SLM, ya que la elevada dureza y la presencia de tensiones internas limitan la ductilidad.

Los tratamientos térmicos adecuados y el prensado isostático en caliente (HIP) pueden aliviar las tensiones internas y optimizar aún más las propiedades físicas, al tiempo que mejoran la consistencia. En general, la SLM puede alcanzar una densidad superior a 99,5% para producir piezas metálicas funcionales esencialmente idénticas a las de la fabricación tradicional.

SLM frente a otro tipo de impresión 3D

Comparación de la SLM con otros métodos de fabricación aditiva

La SLM se diferencia de otros métodos de fusión de lecho de polvo, como la fusión por haz de electrones (EBM), por su mayor velocidad de escaneado para crear piezas con menores tensiones residuales y mayor resolución. La SLM produce piezas metálicas funcionales totalmente densas, mientras que la impresión 3D por chorro de aglutinante ofrece velocidad pero con más requisitos de posprocesamiento. Los sistemas FDM y SLA están muy por detrás de los equipos SLM y EBM en cuanto a resistencia de los materiales disponibles.

Especificaciones SLM

Las impresoras 3D que utilizan la tecnología de fusión selectiva por láser están especificadas por varios parámetros clave que determinan los materiales, la precisión y el tamaño de las piezas que pueden producirse.

Especificaciones clave de la máquina SLM

Estos parámetros básicos de la máquina, junto con factores como la calefacción incorporada para precalentar el polvo y el control de la velocidad de enfriamiento, permiten ajustar las características mecánicas. El entorno de la cámara de gas inerte también evita la oxidación mientras los láseres recorren el lecho de polvo metálico miles de veces por pieza.

Precisión y acabado superficial

La precisión dimensional y el acabado superficial de las piezas SLM impresas se sitúan en rangos de especificación relativamente amplios en función de los parámetros seleccionados, la complejidad de la geometría, el postprocesado y la técnica del operario.

Precisión y acabado superficial de SLM

La orientación adecuada, las estructuras de soporte, el precalentamiento de la placa de impresión, las estrategias de escaneado optimizadas y los pasos de postprocesado, como el mecanizado CNC y el pulido, pueden mejorar el acabado. La precisión dimensional también depende en gran medida de la correcta calibración del equipo.

Requisitos de postprocesamiento

Una vez que el sistema SLM completa la fabricación de un componente, suele ser necesario un postprocesado adicional antes de poner las piezas en servicio. Estos pasos pueden incluir:

• Extracción de piezas de la torta de polvo
• Eliminar las estructuras de apoyo
• Tratamientos térmicos antiestrés
• Prensado isostático en caliente (HIP)
• Rectificado de superficies, arenado, granallado, pulido
• Inspección no destructiva

El tratamiento posterior tiene por objeto reducir la rugosidad de la superficie, aliviar las tensiones residuales, cerrar cualquier microporosidad y mejorar la precisión dimensional y la estética.

Los procedimientos específicos vienen determinados por el tipo de material, la intención de producción (prototipo frente a pieza funcional), los requisitos de rendimiento y las tolerancias críticas necesarias.

Análisis de costes

La determinación de la rentabilidad de la inversión para adquirir y explotar una capacidad interna de fabricación aditiva SLM depende de muchas variables.

Consideraciones sobre los costes de SLM

Sopese los costes totales de explotación con factores de valor como:

- Libertad de diseño para reducción de peso, personalización y consolidación de piezas

- Reducción del plazo de entrega de meses a días/horas

- Simplificación de la cadena de suministro con la fabricación a la carta

- Mejoras de rendimiento como mayor resistencia y dureza

- Producción sostenible con un mínimo de residuos frente a los métodos sustractivos

- Aumento de la vida útil de piezas de gran valor como las aeroespaciales y médicas

Cuantificar las ganancias en productividad e innovación es crucial. Con la experiencia, el coste total por pieza producida mediante SLM puede equipararse al del mecanizado CNC para series de producción de menor volumen.

Normas del sector

Al tratarse de una tecnología relativamente nueva, aún se están realizando esfuerzos para implantar especificaciones, códigos y normas en toda la industria de la fabricación aditiva SLM.

Panorama de la normalización de la GST

La certificación conforme a estas normas garantiza la repetibilidad y fiabilidad en la contratación de piezas de AM en toda la cadena de suministro. La conformidad también permite una mayor adopción en sectores regulados como el aeroespacial y el de dispositivos médicos.

Casos prácticos

Multitud de empresas aprovechan la libertad de diseño y los rápidos plazos de entrega de la SLM para obtener componentes más ligeros y resistentes en sectores que van desde los cohetes aeroespaciales hasta los coches de Fórmula 1.

Ejemplos de aplicaciones de fabricación aditiva SLM

Estas aplicaciones demuestran que las piezas fabricadas con SLM superan las limitaciones de la fabricación tradicional. A medida que más empresas adoptan las tecnologías AM, las posibilidades de innovación siguen aumentando.

Fabricación aditiva SLM - Preguntas frecuentes

Preguntas frecuentes sobre SLM

Estas FAQ resumen las respuestas a las preguntas más frecuentes sobre la fabricación aditiva por fusión selectiva por láser. La SLM abre nuevos horizontes de rendimiento gracias a la total libertad de diseño.

El futuro de la SLM

La adopción de la SLM sigue acelerándose a medida que más industrias amplían los límites de la fabricación aditiva. Los avances en equipos, software, materiales y procesos de calidad impulsarán la expansión de las aplicaciones.

Se espera una mayor disponibilidad de máquinas multialeación especializadas y parámetros de procesamiento de los principales fabricantes de impresoras. También están surgiendo sistemas híbridos que incorporan procesos complementarios como fresado, taladrado e inspección para la fabricación integrada. La eliminación y recuperación automatizada del polvo reducirá los costes.

La supervisión en tiempo real permitirá controles de procesos aún más estrictos y una garantía de calidad en bucle cerrado. Los algoritmos de aprendizaje automático pueden optimizar el rendimiento de los edificios. A medida que las normas se consoliden en torno a las mejores prácticas, los usuarios también ganarán en previsibilidad.