Polvo metálico SLS: Propiedades, aplicaciones y proveedores

El sinterizado selectivo por láser (SLS) es una técnica de fabricación aditiva que utiliza un láser para fundir pequeñas partículas de polvos de plástico, metal, cerámica o vidrio en un objeto 3D. Polvos metálicos SLS con las características adecuadas son fundamentales para fabricar piezas metálicas de alta calidad con geometrías complejas mediante este proceso.

Visión general de los polvos metálicos SLS

Los polvos metálicos SLS son polvos metálicos optimizados para su uso en impresoras 3D de sinterizado selectivo por láser para producir piezas y prototipos metálicos. Los polvos metálicos SLS más utilizados son:

Tipos de polvo metálico SLS

Tipo	Composición	Características principales
Acero inoxidable	Aleaciones de Fe, Cr, Ni	Resistencia a la corrosión, alta resistencia
Acero para herramientas	Aleaciones de Fe, Cr, Mo	Gran dureza, tratable térmicamente
Acero aleado	Aleaciones de Fe, Cr, Ni	Tratable térmicamente, mecanizable
cromo cobalto	Aleaciones de Co, Cr	Biocompatible, resistente al desgaste y a la corrosión
Titanio y aleaciones	Aleaciones de Ti, Al, V	Ligero, biocompatible, resistente
Inconel	Aleaciones de Ni, Cr	Resistente al calor y a la corrosión
Aleaciones de aluminio	Aleaciones de Al, Cu, Mg	Ligero, resistente

Estos polvos metálicos deben tener propiedades como la fluidez, la forma de las partículas y una distribución de tamaños adaptada para producir piezas SLS de alta densidad con exactitud, precisión y las propiedades mecánicas deseadas.

Propiedades clave de los polvos metálicos SLS

Parámetro	Descripción	Requisitos
Tamaños	Dimensiones de las partículas de polvo	10-45 micras común
Distribución por tamaños	Gama de tamaños de polvo	Mayoritariamente esférico con algunos satélites permitidos
Morfología	Forma de las partículas de polvo	Esférico es óptimo, los satélites pueden causar defectos
Caudal	Fluidez del polvo	35-40 s/50g del caudalímetro Hall
Densidad aparente	Densidad de empaquetamiento del polvo	Alrededor de 60% de densidad real
Densidad verdadera	Densidad del material	Varía según la composición
Área de superficie	Superficie de las partículas por unidad de masa	Más bajo es mejor para reducir la oxidación
Gases residuales y humedad	Impurezas presentes en el polvo	Minimizado para piezas de alta calidad

Características del polvo metálico SLS

Característica	Papel en el proceso SLS
Forma de las partículas y textura de la superficie	Afectan al flujo de polvo en cada nueva capa, a la absorción láser, a la reflectividad
Distribución granulométrica	Influye en la densidad de empaquetamiento, la dinámica del baño de fusión y la extensibilidad.
Características del flujo	Permite un esparcimiento uniforme, consistencia de capa
Densidad aparente	Controla la separación entre partículas y el aporte de energía necesario
Densidad verdadera	Determina la densidad final máxima alcanzable de la pieza
Adiciones de aleación	Permite propiedades específicas de los materiales, como resistencia, dureza, etc.

Aplicaciones de Polvos metálicos SLS

El polvo metálico SLS permite la impresión de piezas metálicas funcionales de densidad completa que satisfacen las necesidades de prototipado, utillaje y producción de tiradas cortas en sectores como:

Aplicaciones industriales de las piezas metálicas impresas por SLS

Industria	Aplicaciones	Materiales habituales
Aeroespacial	Álabes de turbina, componentes estructurales y del motor	Aceros inoxidables, superaleaciones, aleaciones de titanio
Automoción	Piezas prototipo, herramientas personalizadas	Aceros inoxidables, aceros para herramientas, aleaciones de aluminio
Implantes médicos	Implantes y guías específicos para cada paciente	Cromo-cobalto, aleaciones de titanio, acero inoxidable
Industrial	Herramientas de precisión, pinzas robóticas	Aceros inoxidables, aceros para herramientas
Joyería	Anillos, cadenas, piezas personalizadas	Metales preciosos como aleaciones de oro, plata

Algunas ventajas exclusivas frente a las vías de fabricación tradicionales:

Ventajas de SLS para la producción de piezas metálicas

Beneficio	Descripción
Libertad de geometría	Sin restricciones en la geometría de las piezas, a diferencia de los métodos sustractivos/de fundición
Entrega rápida	Impresión rápida a partir de datos CAD
Ligereza	Las estructuras reticulares reducen el peso en >30%
Consolidación parcial	Los conjuntos impresos integralmente sustituyen a las juntas
Personalización masiva	Dispositivos médicos específicos para el paciente
Estructuras híbridas	Posibilidad de piezas multimaterial de metal y polímero

Aplicaciones habituales de las piezas metálicas impresas por SLS en distintos sectores:

Aplicaciones típicas de las piezas metálicas impresas por SLS

Aplicación	Ejemplos	Materiales utilizados
Prototipos funcionales	Componentes del motor, implantes	Aceros aleados, aleaciones de Ti
Herramientas	Guías de taladro, fijaciones, plantillas	Aceros inoxidables
Herramientas de moldeo	Herramientas de moldeo por inyección	Aceros para herramientas como el H13
Producción en serie	Componentes aeroespaciales y médicos	Aleaciones de Ti y Ni, CoCr
Estructuras ligeras	Paneles de celosía, tirantes	Aleaciones de Al, aleaciones de Ti

Especificaciones del polvo metálico SLS

Los fabricantes de sistemas SLS como EOS, 3D Systems y Renishaw proporcionan especificaciones cualificadas de polvo metálico SLS adaptadas a sus modelos de impresora. Algunos polvos metálicos y tamaños habituales son:

Tipos y tamaños de polvo metálico SLS

Material	Tipos de polvo disponibles	Gama de tamaños de partículas
Acero inoxidable	316L, 17-4PH, 303, 410	15-45 micras
Acero martensítico envejecido	MS1, 18Ni300, 18Ni350	15-45 micras
Cromo cobalto	CoCr, CoCrMo	15-45 micras
Aleación de aluminio	AlSi10Mg, AlSi12	15-45 micras
Aleación de titanio	Ti6Al4V Grado 5	15-45 micras
Aleación de níquel	Inconel 718, Inconel 625	15-45 micras

Las organizaciones de normalización han definido clasificaciones para los distintos grados de polvo metálico utilizados en los procesos de AM:

Grados de polvo metálico según las normas ISO/ASTM

Estándar	Grados	Descripción
ISO 17296-2	PA1 a PA6	Define requisitos cada vez más estrictos para las impurezas de P1 a P6
ISO 17296-3	PM1 a PM4	Define los parámetros de forma y tamaño de las partículas de PM1 a PM4
ASTM F3049	Clases 1 a 4	Define los límites permitidos en los rangos de composición de 1 a 4
ASTM F3056	Tipo 1 a Tipo 3	Define los parámetros estadísticos de distribución del tamaño de 1 a 3

Estos sistemas de clasificación contribuyen a establecer niveles de calidad de referencia y ayudan a los compradores en la adquisición. El polvo de grado PA5 de alta pureza garantizaría una contaminación mínima. Del mismo modo, el control químico más estricto de la Clase 4 reduce la variabilidad.

Polvo metálico SLS Proveedores

Diversos proveedores suministran polvos SLS listos para usar en todo el mundo. Algunos de los principales proveedores mundiales son:

Principales proveedores de polvo metálico SLS

Proveedor	Materiales ofrecidos	Geografías atendidas
Sandvik	Acero inoxidable, aleaciones de Ni, CoCr, acero para herramientas, aleaciones de aluminio	Europa, Asia
Praxair	Aleaciones de Ti, aleaciones de Ni, acero inoxidable, aceros para herramientas	Norteamérica
Tecnología LPW	Acero inoxidable, aleaciones de aluminio, CoCr	Reino Unido, Europa
Aditivo para carpinteros	Aceros inoxidables, CoCr, Cu, aleaciones de aluminio	Global
Hoganas	Aceros inoxidables, aceros para herramientas	Europa, Asia

Los suministros mínimos habituales rondan los 10 kg por grado de material, aunque también existen contratos de gran volumen para compradores OEM. Las opciones de envasado van desde latas selladas al vacío hasta cartuchos especializados para máquinas de SLS que contienen entre 700 g y 1 kg de polvo cada uno.

Tipos de envases de polvo metálico SLS

Tipo	Rangos de volumen	Características
Bidones de vacío	Lotes de 500 g a 20 kg	Caducidad hasta 1 año
Cartuchos de impresora	Lotes de 700 a 1000 g	Exposición mínima a la manipulación
Torres de material	Cartuchos de 700 a 1200 g	Alimentación automática a la impresora

Los rangos de precios de los materiales comunes en pequeñas cantidades son:

Costes del polvo metálico para la impresión SLS

Material	Gama de precios para pequeñas cantidades*.
Acero inoxidable 316L	$60-$100 por kg
Aluminio AlSi10Mg	$80-$130 por kg
Acero martensítico envejecido	$90-$140 por kg
Titanio Ti6Al4V	$200-$350 por kg
Cromo cobalto	$300-$500 por kg
Metales preciosos	$3000+ por kg

Comparación de materiales de polvo metálico SLS

Para la impresión SLS se utilizan diversas aleaciones metálicas, cada una con sus propias propiedades y ventajas:

Comparación de materiales de polvo metálico SLS

Parámetro	Aceros inoxidables	Aceros para herramientas	Aleaciones de titanio	Aleaciones de níquel	Cromo cobalto	Aleaciones de aluminio
Densidad	Medio	Más alto	Baja	Alta	Alta	Más bajo
Fuerza	Medio	Más alto	Medio-Alto	Medio-Alto	Medio	Medio
Dureza	Baja	Muy alta	Medio	Medio	Más alto	Bajo-Medio
Resistencia a la corrosión	Excelente	Medio	Excelente	Excelente	Excelente	Medio-Bueno
Biocompatibilidad	Bien	Limitado	Excelente	Limitado	Excelente	Bien
Resistencia al calor	Medio	Medio-Alto	Medio	Muy alta	Muy alta	Baja
Coste	Más bajo	Medio	Alta	Muy alta	Alta	Bajo

Podemos ver que los aceros inoxidables ofrecen las mejores propiedades combinatorias cuando el coste es un factor a tener en cuenta, mientras que los aceros para herramientas proporcionan una dureza extrema. El titanio aporta biocompatibilidad y resistencia con baja densidad. Las superaleaciones como el Inconel y el CoCr ofrecen estabilidad térmica y biocompatibilidad. Las aleaciones de aluminio son la opción ligera más rentable.

Ventajas e inconvenientes de los polvos metálicos SLS habituales

Material	Ventajas	Desventajas
Aceros inoxidables	Rentable, fácilmente mecanizable	Menor dureza y resistencia
Aceros para herramientas	Extremadamente duro y tratable térmicamente	Menor resistencia a la corrosión, biocompatibilidad
Aleaciones de titanio	Resistente, ligero y respetuoso con el medio ambiente	Caro, puede arder en atmósfera de oxígeno
Aleaciones de níquel	Excelente resistencia al calor y a la corrosión	Pesado, tóxico, muy caro
Cromo cobalto	Biocompatible, resistente a la corrosión	Pesado, coste medio
Aleaciones de aluminio	Ligero, buena resistencia	Menor punto de fusión, dureza

Criterios del cliente para seleccionar el polvo metálico SLS

Criterios de selección	Preguntas clave
Propiedades mecánicas	¿Cumple los objetivos de resistencia a la aplicación, resistencia al desgaste y otras especificaciones mecánicas?
Coste del material	¿Se ajusta el tipo de polvo metálico deseado a los presupuestos de la aplicación?
Tratamiento posterior	¿Son necesarias operaciones secundarias como el prensado isostático en caliente o el tratamiento térmico?
Tamaño de la tirada de producción	¿Es el volumen objetivo demasiado alto para la impresión SLS de producción?
Dimensiones de la pieza	¿Es suficiente el volumen máximo de impresión para las piezas de mayor geometría?
Resolución, acabado superficial	¿Puede el proceso SLS cumplir los requisitos de detalle y calidad superficial?
Plazo de entrega	¿Es aceptable el plazo de entrega del proveedor teniendo en cuenta el calendario de producción?

La aplicación de la pieza final guía la selección óptima del material equilibrando las necesidades de rendimiento y la economía.

Descripción general del proceso de impresión metálica SLS

Comprender la impresión 3D SLS ayuda a apreciar cómo las propiedades del polvo afectan a la calidad de las piezas:

Etapas del proceso de impresión 3D SLS

Escenario	Descripción
Modelado 3D	El software CAD crea un modelo sólido/malla de la pieza a imprimir
Rebanar	El modelo se corta digitalmente en capas para generar el archivo de impresión
Distribución de polvo	El rodillo o la cuchilla extienden una fina capa de polvo sobre la plataforma de construcción
Escaneado láser	El láser de CO2 escanea el lecho de polvo para fundir las partículas.
Plataforma de descenso	La plataforma de construcción baja 1 capa de grosor (~50 micras)
Repetir el esparcimiento/fundido	Los pasos se repiten hasta que el objeto completo se construye capa por capa
Tratamiento posterior	Se elimina el exceso de polvo, se realizan los tratamientos finales para acabar la pieza

Cómo influyen las características del polvo en los resultados de impresión

Propiedad del polvo	Influencia en la calidad de impresión
Geometría del polvo	Partículas esféricas con buena fluidez permiten capas uniformes sin defectos
Gama de tamaños de partículas	Los polvos demasiado finos tienen mala fluidez, los demasiado grandes crean mala resolución
Distribución por tamaños	Una distribución demasiado amplia puede segregar o crear una fusión variable
Densidad aparente	A mayor densidad, mayor densidad final de la pieza tras la sinterización
Densidad verdadera	Limita al máximo la densidad de piezas alcanzable
Textura de la superficie	Las partículas más rugosas pueden atrapar gases o dificultar el flujo de polvo

Vemos que varias propiedades físicas de los polvos influyen directamente en los resultados de impresión, por lo que es crucial un control estricto por parte de los proveedores.

Postprocesado de piezas metálicas impresas por SLS

Tras el proceso de impresión SLS, otros pasos de acabado ayudan a mejorar las propiedades finales de la pieza:

Pasos comunes del postprocesado de piezas SLS

Proceso	Descripción	Beneficios
Eliminación de polvo	Eliminación del exceso de polvo	Revela el objeto impreso
Alivio del estrés	Calentamiento para eliminar tensiones residuales	Mejora la precisión dimensional
Acabado de superficies	Lijado, pulido, granallado	Alisa la superficie, facilita la adherencia del revestimiento
Infiltración	El líquido rellena la porosidad residual	Aumenta aún más la densidad y mejora la resistencia
Tratamiento térmico	Ciclos térmicos de temple y revenido	Aumenta la dureza de los aceros

Efectos del postprocesado en las propiedades de las piezas

Propiedad	Influencia del postprocesamiento
Densidad	La infiltración con epoxi o bronce rellena los poros aumentando la densidad 5-15%
Rugosidad de la superficie	El pulido manual/automatizado puede alcanzar una rugosidad inferior a 2 micras
Precisión dimensional	El ciclo térmico de alivio de tensiones reduce el alabeo y mejora la precisión
Resistencia a la tracción	La infiltración mejora el UTS, mientras que el tratamiento térmico puede duplicar el límite elástico.
Ductilidad	Compensación con la mejora de la resistencia de los tratamientos posteriores
Dureza	Las aleaciones endurecibles por precipitación como el 17-4PH responden bien a los tratamientos de envejecimiento

Así, el tratamiento posterior permite adaptar aún más las propiedades del metal en función de las necesidades de la aplicación.

Control de calidad de la impresión SLS en metal

La alta calidad constante de la materia prima en polvo, unida a la supervisión del proceso SLS, garantiza la fiabilidad de las piezas:

Control de calidad para Polvo metálico SLS

Parámetro	Especificación típica	Métodos de ensayo
Distribución granulométrica	Caudal Hall > 35s/50g	Tamizado, difracción láser
Densidad aparente	65-80% de densidad real	Medición gravimétrica
Composición del polvo	Rangos de aleación según ISO 27296	Fluorescencia de rayos X
Morfología de la superficie	Circularidad mediana > 0,75	Micrografías, análisis de imágenes
Contaminación	< 50 ppm de oxígeno, < 150 ppm de nitrógeno	Análisis de fusión de gases inertes

Supervisión durante el proceso de impresión SLS

Métrica	Sensor utilizado	Propósito
Potencia del láser	Fotodiodo incorporado	Mantiene la coherencia de la fusión
Temperatura del lecho de polvo	Sensor IR	Garantiza la integridad de la pieza, sin alabeos
Atmósfera	Analizador de oxígeno	Evita la ignición de la pólvora en la cámara de acumulación
Grosor de la capa	Codificador del eje Z	Capas precisas y reproducibles

Un control tan estricto del polvo de entrada y de los ajustes del proceso da como resultado piezas metálicas de alta calidad en cada tirada de producción.

La impresión SLS en metal comparada con otras alternativas

Otras alternativas de impresión 3D en metal al SLS son:

Comparación de los métodos de impresión 3D en metal

Métrica	Chorro aglomerante	DMLS	SLM	EBM
Materia prima	Polvo de mezcla de metal y polímero	Polvo metálico	Polvo metálico	Alambre metálico/polvo
Fuente de energía	Aglutinante líquido	Láser de fibra	Potente láser de fibra de Yb	Haz de electrones
Velocidad de construcción	Moderado, más rápido que los métodos láser	Lento debido a la exploración punto por punto	Muy rápido, se produce la fusión completa	Método más rápido
Resolución, acabado superficial	Más pobre debido al aglutinante, el post-procesado ayuda	Muy bueno gracias al fino punto láser	Excelente gracias a la fusión completa	Moderado debido a la fusión parcial
Precisión dimensional	+/- 0,3% con proceso CTQ	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.2-0.3%
Tratamiento posterior	Se necesita curado y sinterización	Sólo admiten la retirada	Puede ser necesario algún mecanizado	Se necesita más trabajo secundario
Costo por pieza	El menor coste de los materiales ayuda a reducir el precio	Coste de explotación mucho más elevado	Elevados costes de equipamiento y material	Alto costo del equipo

Entre todos los métodos, el chorro de aglutinante se ha revelado como el más rentable para la producción de piezas metálicas en volúmenes más bajos, de hasta 10.000 unidades. El SLS ofrece el postprocesado más sencillo combinado con una buena precisión y acabado superficial.

Preguntas frecuentes

¿Qué industrias utilizan la impresión de metales por SLS?

La impresión metálica SLS se utiliza en los sectores aeroespacial, automovilístico, médico y muchos otros en los que se requieren piezas metálicas de precisión.

¿Cuál es la precisión y la resolución de la impresión metálica SLS?

La precisión y la resolución dependen de varios factores, como la máquina, el material y los parámetros del proceso, pero la impresión metálica SLS puede alcanzar altos niveles de precisión.

¿Es necesario el posprocesamiento para las piezas impresas en metal por SLS?

Sí, puede ser necesario un tratamiento posterior para eliminar las estructuras de soporte, mejorar el acabado superficial y cumplir los requisitos específicos de la aplicación.

¿Cuáles son las limitaciones de la impresión metálica SLS?

Algunas limitaciones son el coste del equipo, el tamaño limitado de las cámaras de fabricación y la necesidad de medidas de seguridad adecuadas debido al uso de láseres y polvos metálicos.

¿Puede utilizarse la impresión metálica SLS para la producción en serie?

Sí, la impresión metálica SLS puede utilizarse tanto para la creación de prototipos como para la producción de piezas metálicas de volumen bajo a medio.

¿Es la impresión metálica SLS respetuosa con el medio ambiente?

Aunque puede reducir los residuos de material en comparación con los métodos de fabricación tradicionales, la eliminación de los polvos metálicos y el consumo de energía son factores a tener en cuenta en cuanto a su impacto medioambiental.

¿Hay alguna precaución de seguridad al trabajar con la impresión de metales SLS?

Sí, deben tomarse medidas de seguridad al manipular polvos metálicos, y los operarios deben recibir formación para trabajar con sistemas basados en láser de forma segura.

¿Cuánto cuestan los servicios de impresión metálica SLS?

El coste varía en función de factores como la elección del material, la complejidad de la pieza y la cantidad. Lo mejor es pedir presupuestos a proveedores de servicios para proyectos concretos.

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