Tecnología SLM: Una guía completa

La SLM (fusión selectiva por láser) es una tecnología avanzada de fabricación aditiva de piezas metálicas. Esta guía ofrece una visión en profundidad de los sistemas SLM, procesos, materiales, aplicaciones, ventajas y consideraciones a la hora de adoptar esta tecnología.

Introducción a la fusión selectiva por láser

La fusión selectiva por láser (SLM) es un proceso de fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo que utiliza un láser de alta potencia para fundir y fusionar selectivamente partículas de polvo metálico capa por capa para construir piezas metálicas totalmente densas directamente a partir de datos CAD en 3D.

Principales características de Tecnología SLM:

• Utiliza láser para fundir selectivamente metales en polvo
• Añade material sólo donde es necesario
• Permite geometrías complejas inalcanzables mediante fundición o mecanizado
• Crea componentes metálicos densos y sin huecos
• Los materiales más comunes son el aluminio, el titanio, el acero y las aleaciones de níquel.
• Capacidad para piezas pequeñas y medianas
• Ideal para piezas complejas de bajo volumen
• Elimina la necesidad de herramientas duras como moldes y matrices
• Reduce los residuos en comparación con los métodos sustractivos
• Permite mejorar el rendimiento con estructuras de ingeniería

La tecnología SLM ofrece funciones revolucionarias para el diseño de productos innovadores y la fabricación ajustada. Sin embargo, dominar el proceso requiere conocimientos especializados.

Cómo funciona la fusión selectiva por láser

El proceso de GST implica:

1. Extender una fina capa de polvo metálico sobre una placa de impresión
2. Escaneado de un haz láser enfocado para fundir polvo de forma selectiva
3. Bajar la placa de construcción y repetir la estratificación y la fusión
4. Retirada de piezas acabadas del lecho de polvo
5. Postprocesamiento de piezas según sea necesario

Controlar con precisión la entrada de energía, los patrones de escaneado, la temperatura y las condiciones atmosféricas es fundamental para conseguir piezas densas y sin defectos.

Los sistemas SLM constan de láser, óptica, suministro de polvo, cámara de fabricación, manipulación de gas inerte y controles. El rendimiento depende en gran medida del diseño del sistema y de los parámetros de fabricación.

Tecnología SLM Proveedores

Entre los principales fabricantes de sistemas SLM figuran:

La elección del sistema depende de las necesidades de tamaño, materiales, calidad, coste y servicio. Se recomienda asociarse con un proveedor de soluciones SLM experimentado para evaluar adecuadamente las opciones.

Características del proceso SLM

La SLM implica complejas interacciones entre diversos parámetros del proceso. He aquí algunas características clave:

Láser - Potencia, longitud de onda, modo, velocidad de exploración, distancia de eclosión, estrategia

Polvo - Material, tamaño de las partículas, forma, velocidad de alimentación, densidad, fluidez, reutilización

Temperatura - Precalentamiento, fusión, enfriamiento, tensiones térmicas

Atmósfera - Tipo de gas inerte, contenido de oxígeno, caudales

Placa de construcción - Material, temperatura, revestimiento

Estrategia de exploración - Patrón de trama, rotación, contornos de bordes

Admite - Minimizar la necesidad, la interfaz y la eliminación

Tratamiento posterior - Tratamiento térmico, HIP, mecanizado, acabado

Comprender las relaciones entre estos parámetros es esencial para conseguir piezas sin defectos y propiedades mecánicas óptimas.

Directrices de diseño de SLM

El diseño adecuado de las piezas es fundamental para el éxito de la SLM:

• Diseñar teniendo en cuenta la fabricación aditiva frente a los métodos convencionales
• Optimizar geometrías para reducir peso y material y mejorar el rendimiento
• Minimizar la necesidad de soportes mediante ángulos autoportantes
• Permitir regiones de interfaz de apoyo en el diseño
• Orientar las piezas para reducir tensiones y evitar defectos
• Tener en cuenta la contracción térmica en las características
• Diseño de canales interiores para eliminar el polvo no fundido
• Tenga en cuenta el alabeo potencial en voladizos o secciones delgadas
• Diseño de acabados superficiales teniendo en cuenta la rugosidad de la obra
• Considerar los efectos de las líneas de capa en el rendimiento a la fatiga
• Interfaz de fijación de diseño para piezas brutas
• Minimizar los volúmenes atrapados de polvo sin sinterizar

El software de simulación ayuda a evaluar las tensiones y deformaciones en piezas SLM complejas.

Opciones de materiales SLM

La SLM puede procesar una amplia gama de aleaciones, cuyas propiedades dependen de los parámetros utilizados.

La elección de aleaciones compatibles y el ajuste de parámetros cualificados son esenciales para lograr el rendimiento requerido del material.

Principales aplicaciones de SLM

SLM permite transformar las capacidades en todos los sectores:

Las ventajas frente a la fabricación convencional incluyen:

• Capacidad de personalización masiva
• Menor tiempo de desarrollo
• Libertad de diseño para aumentar el rendimiento
• Consolidación y aligeramiento de piezas
• Eliminar el uso excesivo de material
• Consolidación de la cadena de suministro

Es necesario validar cuidadosamente el rendimiento mecánico cuando se utilizan piezas SLM en aplicaciones críticas.

Pros y contras de Tecnología SLM

Ventajas:

• Libertad de diseño gracias a la fabricación aditiva
• Complejidad sin costes añadidos
• Elimina la necesidad de herramientas duras
• Consolida subconjuntos en piezas únicas
• Aligeramiento a partir de estructuras de topología optimizada
• Personalización y producción de bajo volumen
• Reducción del tiempo de desarrollo con respecto a la fundición/mecanizado
• Alta relación resistencia/peso gracias a microestructuras finas
• Minimiza el desperdicio de material frente a los procesos sustractivos
• Producción justo a tiempo y descentralizada
• Reducción del plazo de entrega de las piezas y del inventario

Limitaciones:

• Menor volumen de fabricación que otros procesos de AM metálica
• Menor precisión dimensional y acabado superficial que el mecanizado
• Elección limitada de aleaciones cualificadas frente a la fundición
• Pruebas y errores significativos para optimizar los parámetros de construcción
• Propiedades anisótropas de los materiales por estratificación
• Potencial de tensión residual y agrietamiento
• Desempolvado de geometrías complejas
• A menudo es necesario el postprocesado
• Mayor coste del equipo que la impresión 3D de polímeros
• Se necesitan instalaciones especiales y manipulación de gases inertes

Cuando se aplica adecuadamente, la SLM permite alcanzar un rendimiento sin precedentes, imposible por otros medios.

Adopción de la tecnología SLM

La implantación de la GST conlleva retos como

• Identificación de aplicaciones adecuadas en función de las necesidades
• Confirmación de la viabilidad de la SLM para los diseños elegidos
• Desarrollo de protocolos rigurosos de cualificación de procesos
• Invertir en equipos SLM adecuados
• Experiencia en procesos de lecho de polvo metálico
• Establecimiento de procedimientos y normas de calidad del material
• Dominio del desarrollo y la optimización de los parámetros de construcción
• Aplicación de métodos sólidos de postprocesamiento
• Calificación de las propiedades mecánicas de los componentes acabados

Un plan de introducción metódico centrado en aplicaciones de bajo riesgo minimiza los escollos. Asociarse con empresas de servicios SLM o fabricantes de sistemas OEM con experiencia proporciona acceso a los conocimientos.

Análisis de costes de la producción de SLM

Los aspectos económicos de la producción de SLM implican:

• Alto coste del equipo de la máquina
• Mano de obra para el montaje, el procesamiento posterior y el control de calidad
• Costes materiales de la materia prima del polvo metálico
• Acabado de piezas: mecanizado, taladrado, desbarbado, etc.
• Gastos generales - instalaciones, gas inerte, servicios, mantenimiento
• Tiempo de desarrollo inicial de prueba y error
• Los costes disminuyen con la optimización del diseño y la experiencia en producción
• Resulta económico con volúmenes bajos de 1-500 unidades
• Proporciona la mayor ventaja en costes para geometrías complejas

Se recomienda elegir aleaciones cualificadas de proveedores reputados para evitar defectos. Asociarse con un proveedor de servicios puede ofrecer una vía de adopción más rápida y con menos riesgos.

SLM comparado con otros procesos

Cada proceso tiene sus ventajas en función de las aplicaciones específicas, el tamaño de los lotes, los materiales, los objetivos de costes y los requisitos de rendimiento.

Perspectivas de futuro de la fabricación aditiva SLM

El SLM está preparado para un crecimiento significativo en los próximos años impulsado por:

• Ampliación continua de materiales con mayor disponibilidad de aleaciones
• Mayores volúmenes de construcción que permiten la producción a escala industrial
• Mejora de los acabados superficiales y las tolerancias
• Mayor fiabilidad y productividad del sistema
• Nuevos sistemas híbridos que integran el mecanizado
• La disminución de los costes mejora la escala de los argumentos comerciales
• Otros algoritmos de optimización y simulación
• Integración automatizada del postprocesamiento
• Crecimiento de piezas cualificadas para industrias reguladas
• Avance continuo de diseños complejos

La tecnología SLM se generalizará en una gama cada vez más amplia de aplicaciones en las que sus capacidades ofrecen una clara ventaja competitiva.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué materiales se pueden procesar con SLM?

Las aleaciones de titanio y aluminio son las más comunes. También se procesan aceros para herramientas, acero inoxidable, aleaciones de níquel y cromo-cobalto.

¿Qué grado de precisión tiene el SLM?

La precisión típica es de ±0,1-0,2%, con una resolución mínima de ~100 micras.

¿Cuánto cuestan los equipos de SLM?

Los sistemas SLM oscilan entre $300.000 y $1.000.000+ en función del tamaño, las capacidades y las opciones.

¿Qué tipos de postprocesamiento son necesarios?

Pueden ser necesarios procesos posteriores como el tratamiento térmico, el HIP, el acabado superficial y el mecanizado.

¿Qué industrias utilizan SLM?

Los sectores aeroespacial, médico, automovilístico, industrial y de defensa son los primeros en adoptar la SLM.

¿Con qué materiales no funciona bien la SLM?

Los metales muy reflectantes, como el cobre o el oro, siguen siendo un reto. Algunas propiedades de los materiales aún están emergiendo.

¿Cuáles son los acabados típicos de las superficies?

La rugosidad superficial de la SLM tal como se fabrica oscila entre 5 y 15 micras Ra. El acabado puede mejorarla.

¿Qué tamaño de piezas se pueden fabricar con SLM?

Los volúmenes típicos son de hasta 500 mm x 500 mm x 500 mm. Las máquinas de mayor tamaño admiten piezas más grandes.

¿Es adecuada la SLM para la fabricación en serie?

Sí, la SLM se utiliza cada vez más para piezas de producción final, con ejemplos en las industrias aeroespacial y médica.

¿En qué se diferencia el SLM del EBM?

La SLM puede conseguir detalles más finos, mientras que la EBM tiene velocidades de fabricación más rápidas. Ambas ofrecen piezas metálicas totalmente densas.

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