Tungsteno Impresión 3D:Especificaciones,Precios,Ventajas

Los polvos de tungsteno y aleaciones de tungsteno permiten imprimir componentes de alta densidad con excelentes propiedades mecánicas y térmicas mediante fusión por lecho de polvo láser (LPBF) y fusión por haz de electrones (EBM). Esta guía ofrece una visión general de la impresión 3D de metal de tungsteno.

Introducción a la Impresión 3D en tungsteno

El tungsteno es un material único para la fabricación aditiva debido a su:

• Densidad excepcionalmente alta: 19 g/cm3
• Gran dureza y resistencia
• Excelente conductividad térmica
• Alto punto de fusión de 3422°C
• Procesabilidad y mecanizabilidad exigentes

Aplicaciones clave de las piezas de tungsteno impresas:

• Blindaje contra las radiaciones
• Componentes aeroespaciales y para deportes de motor
• Aparatos de radioterapia y colimadores
• Implantes médicos como postes dentales
• Contrapesos y componentes de equilibrado
• Contactos eléctricos y elementos calefactores

Aleaciones comunes de wolframio para AM:

• Aleaciones pesadas de wolframio con Ni, Fe, Cu, Co
• Carburos de wolframio
• Óxidos de wolframio dopados con potasio

Polvo de wolframio puro

El polvo de tungsteno puro proporciona las densidades más altas:

Propiedades:

• Densidad de 19,3 g/cm3
• Excelente bloqueo y blindaje contra las radiaciones
• Dureza elevada hasta 400 Hv
• Resistencia hasta 1200 MPa
• Punto de fusión de 3422°C
• Buena conductividad eléctrica y térmica

Aplicaciones:

• Blindaje contra radiaciones médicas
• Colimadores de rayos X y aperturas
• Contrapesos de aviación
• Amortiguación de vibraciones en el automovilismo
• Contactos eléctricos y calentadores

Proveedores: TRU Group, Tungsteno Buffalo, Tungsteno Midwest

Aleaciones pesadas de wolframio

Las aleaciones pesadas de wolframio con níquel, hierro y cobre proporcionan un equilibrio ideal de densidad, resistencia y ductilidad:

Grados comunes:

• WNiFe (90W-7Ni-3Fe)
• WNiCu (90W-6Ni-4Cu)
• WNi (90W-10Ni)

Propiedades:

• Densidad de 17-18 g/cm3
• Resistencia hasta 1 GPa
• Buena resistencia a la corrosión y al desgaste
• Resistencia a altas temperaturas

Aplicaciones:

• Componentes de automoción y deportes de motor
• Sistemas aeroespaciales y de defensa
• Contrapesos amortiguadores de vibraciones
• Blindaje contra las radiaciones
• Implantes médicos como postes dentales

Proveedores: Sandvik, Grupo TRU, Nanosteel

Carburos de wolframio

Los polvos de carburo de tungsteno imprimen piezas extremadamente resistentes al desgaste:

Tipos

• Metales duros WC-Co con cobalto 6-15%
• Carburos cementados WC-Ni
• WC-CoCr cermets

Propiedades

• Dureza hasta 1500 HV
• Resistencia a la compresión superior a 5 GPa
• Módulo de Young elevado
• Excelente resistencia a la abrasión y la erosión

Aplicaciones

• Herramientas de corte y brocas
• Piezas de desgaste y juntas
• Componentes de blindaje balístico
• Herramientas de conformado y estampado de metales

Proveedores: Sandvik, Nanosteel, Búfalo Tungsteno

Óxidos de wolframio dopados

Los óxidos de wolframio dopados con potasio, como el K2W4O13, ofrecen propiedades eléctricas únicas:

Características

• Comportamiento semiconductor
• Conductividad eléctrica sintonizable con los niveles de dopaje
• Alta densidad de hasta 9 g/cm3
• Alta estabilidad a la radiación

Aplicaciones

• Electrónica y componentes eléctricos
• Electrodos, contactos y resistencias
• Generadores termoeléctricos
• Detectores de radiación

Proveedores: Inframat Materiales Avanzados

Comparación de las propiedades de los materiales

Métodos de producción de polvo de wolframio

1. Reducción de hidrógeno

• Proceso más común y económico
• Óxido de wolframio reducido por hidrógeno
• Morfología irregular del polvo

2. Esferoidización del plasma

• Mejora la forma y la fluidez del polvo
• Hecho después de la reducción de hidrógeno
• Proporciona una gran pureza

3. Atomización por plasma

• Esfericidad y fluidez superiores del polvo
• Control de la distribución del tamaño de las partículas
• Menor captación de oxígeno que la atomización con gas

4. Síntesis química de vapores

• Polvos ultrafinos de tungsteno a escala nanométrica
• Alta pureza con partículas de pequeño tamaño
• Se utiliza para polvos de óxido de tungsteno

Tecnología de impresión para tungsteno

Fusión láser en lecho de polvo (LPBF)

• Láseres de fibra de alta potencia > 400 W
• Atmósfera inerte de argón
• Control preciso del baño de fusión

Fusión por haz de electrones (EBM)

• Potente haz de electrones > 3 kW
• Entorno de alto vacío
• Más adecuado para materiales muy densos

Chorro aglomerante

• Aglutinante adhesivo utilizado para unir selectivamente polvo
• Es necesario el postprocesado para obtener toda la densidad
• Menor resistencia de la pieza en comparación con LPBF y EBM

LPBF y EBM permiten imprimir componentes de tungsteno de alta densidad.

Especificaciones técnicas

Especificaciones típicas del polvo de wolframio para AM:

Controlar las características del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas y la morfología, es fundamental para obtener impresiones de alta densidad.

Desarrollo del proceso de impresión

Optimización de los parámetros del proceso LPBF para el wolframio:

• Precalentamiento para controlar el agrietamiento - típ. 100-150°C
• Alta potencia láser > 400 W con control preciso
• Espesor de capa pequeño en torno a 20-30μm
• Estrategias de exploración para minimizar las tensiones
• Enfriamiento controlado tras la impresión

Para EBM:

• Calentamiento a >600°C para sinterizar el polvo
• Alta corriente de haz con tamaño de punto pequeño
• Velocidades de exploración más lentas para una fusión completa
• Minimizar los gradientes térmicos

Se requieren impresiones de prueba para caracterizar las propiedades.

Proveedores y precios

• El tungsteno puro cuesta entre $350 y $850 por kg.
• Las aleaciones pesadas cuestan entre $450 y $1000 por kg.
• Óxidos dopados hasta $1500 por kg

El precio depende de la pureza, la morfología, la calidad del polvo y el volumen del pedido.

Tratamiento posterior

Pasos típicos del postprocesado de piezas AM de tungsteno:

• Eliminación de soportes mediante electroerosión o chorro de agua
• Prensado isostático en caliente para eliminar huecos
• Infiltración con aleaciones de baja fusión
• Mecanizado para mejorar el acabado superficial
• Unión a otros componentes si es necesario

Un postprocesado adecuado es vital para conseguir la calidad final de la pieza.

Aplicaciones de los componentes impresos de tungsteno

Aeroespacial: Álabes de turbina, componentes de satélite, contrapesos

Automoción: Contrapesos, piezas antivibratorias

Médico: Blindaje contra la radiación, colimadores, implantes dentales

Electrónica: Disipadores térmicos, contactos eléctricos, resistencias

Defensa: Blindaje contra las radiaciones, protección balística

Los componentes de tungsteno impresos permiten mejorar el rendimiento en aplicaciones exigentes de todos los sectores.

Ventajas e inconvenientes del tungsteno AM

Ventajas

• Alta densidad para el blindaje contra las radiaciones
• Excelente resistencia y dureza
• Buenas propiedades térmicas y eléctricas
• Geometrías personalizadas
• Consolida varias piezas

Desventajas

• Tramitación difícil y costosa
• Material frágil que requiere soportes
• Baja ductilidad y tenacidad a la fractura
• Requiere equipo especializado

Solución de problemas de impresión

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la granulometría típica del polvo de impresión de wolframio?

R: Lo habitual son 15-45 micras, con un control estricto de la distribución granulométrica en torno a 20-35 micras.

P: ¿Qué nivel de porosidad cabe esperar en las piezas de tungsteno impresas?

R: Normalmente se consigue una porosidad inferior a 1% mediante la optimización del proceso y el prensado isostático en caliente.

P: ¿Qué aleaciones ofrecen un buen equilibrio entre densidad y propiedades mecánicas?

R: Las aleaciones pesadas de wolframio con Ni, Fe y Cu 6-10% proporcionan alta densidad con buena ductilidad y tenacidad a la fractura.

P: ¿Qué tratamiento posterior requieren las piezas de tungsteno impresas?

R: La eliminación del soporte, el prensado isostático en caliente, la infiltración y el mecanizado son procesos postimpresión que se utilizan habitualmente.

P: ¿Qué temperaturas de precalentamiento se utilizan?

R: En el caso de LPBF, el precalentamiento hasta 150°C es habitual para reducir las tensiones residuales y el agrietamiento.

P: ¿Qué precauciones de seguridad son necesarias al manipular polvo de wolframio?

R: Utilice el EPI adecuado, evite la inhalación y siga los procedimientos de manipulación segura del polvo recomendados por el proveedor.

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P: ¿Qué normas se utilizan para calificar el polvo de impresión de wolframio?

R: ASTM B809, ASTM F3049 y la norma MPIF 46 cubren el análisis químico, el muestreo y los ensayos.

Conclusión

El tungsteno y sus aleaciones permiten la fabricación aditiva de componentes de alta densidad con una rigidez, resistencia, dureza y propiedades térmicas inigualables mediante procesos avanzados de impresión 3D como LPBF y EBM. Gracias a su punto de fusión ultraalto, su densidad y su capacidad para bloquear la radiación, los componentes de tungsteno impresos se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, automovilísticas, médicas, de defensa y electrónicas. Sin embargo, los exigentes requisitos de imprimibilidad y posprocesamiento requieren un control riguroso del proceso y la optimización de los parámetros para lograr la densificación completa y las propiedades ideales del material. A medida que se desarrollan los conocimientos y la experiencia en la impresión de tungsteno, pueden aprovecharse sus ventajas únicas para fabricar componentes de alto rendimiento con capacidades que superan las limitaciones de la fabricación tradicional.