La sinterización directa de metal por láser (DMLS), también conocida como conformado directo de metal por láser (DLMF), es una técnica de fabricación 3D. Esta técnica utiliza un láser de alta potencia para microsoldar el polvo de aleación metálica y crear un objeto 3D capa por capa mediante diseño asistido por computadora.
Una de las ventajas más destacadas de esta técnica es la producción de componentes sin defectos ni tensiones residuales. Por ello, se utiliza ampliamente en la fabricación de diversos componentes en las industrias aeroespacial, electrónica y automotriz.
Contenido
Proceso de sinterización directa de metales por láser
Modelado CAD
El proceso DMLS comienza con la creación de un modelo 3D de la pieza deseada mediante software CAD. El archivo CAD se importa al software de Fabricación Asistida por Computadora (CAM). En CAM, se divide en finas capas horizontales (normalmente de 20 micras de grosor) para facilitar la fabricación de componentes capa por capa.
Esparcidor de polvo
Se utiliza una cuchilla recubridora para esparcir el polvo metálico sobre la plataforma de construcción.
Sinterización por láser
Un potente láser de hasta 1,000 W escanea el lecho de polvo a una velocidad de 7 m/s y crea soldaduras frías entre las partículas de polvo según el diseño CAD. El rayo láser calienta las partículas de polvo justo por debajo de su punto de fusión. Como resultado, las partículas... sinterizar en una parte sólida.
Bajando la plataforma de construcción
Después de sinterizarse la primera capa de polvo metálico, la plataforma de construcción se reduce en un espesor de capa, generalmente 20 micrones.
Extendiendo la siguiente capa
Ahora, se extiende una nueva capa de polvo sobre la anterior y el láser escanea la nueva capa.
Los pasos 1 a 4 se repiten hasta que toda la pieza esté construida capa por capa, de abajo a arriba.
Enfriamiento
Una vez finalizado el ensamblaje, la pieza se deja enfriar dentro de la cámara. El enfriamiento de los componentes previene el choque térmico y ayuda a aliviar la tensión interna.
Eliminación de polvo y posprocesamiento
El exceso de polvo no sinterizado se cepilla o se sopla para retirarlo de la plataforma de construcción y, a menudo, se recicla.
Tras completar todo el proceso, las estructuras de soporte se retiran manualmente. Las operaciones de acabado pueden incluir tratamiento térmico, mecanizado o pulido de superficies, según las necesidades.
Máquina de sinterización láser directa de metales
- Unidad de control: Básicamente, esto contiene el software y los sistemas electrónicos que procesan archivos STL, controlan patrones de escaneo y administran el movimiento de los láseres y construyen plataformas.
- Construir Chamber: Esta cámara posee un ambiente inerte, generalmente con gas argón. Contiene plataformas de construcción y fuentes láser.
- Fuente de láser: Generalmente se utiliza un láser de fibra, que se encarga de entregar energía para sinterizar el polvo metálico de forma selectiva.
- Espejos de galvanómetro: Estos son los espejos de movimiento rápido que dirigen el rayo láser con precisión a través del lecho de polvo.
- Sistema de lecho de polvo Hay dos sistemas de base motriz en la máquina DMLS:
- Plataforma de construcción: se mueve hacia abajo capa por capa a medida que se construye la pieza.
- Plataforma de suministro de polvo: contiene polvo metálico nuevo.
- Cuchilla o rodillo recubridor: Extiende una nueva capa de polvo sobre la plataforma de construcción después de que se fusiona cada capa.
- Sistema de manipulación de polvo:Esto controla la entrega, recuperación y reciclaje del polvo no utilizado.
Materiales de sinterización láser de metal directo
Titanio (Ti6Al4V)
La aleación de titanio Ti6Al4V es uno de los metales más utilizados en DMLS. Presenta una excelente relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. El polvo de titanio se utiliza en DMLS cuando se requieren componentes ligeros y duraderos para instrumentos aeroespaciales y médicos.
Inconel 718
Inconel 718 es una superaleación a base de níquel. Está diseñada para resistir temperaturas extremas de calor y tensión mecánica. Mantiene su resistencia a la oxidación incluso a temperaturas superiores a 700 °C. Gracias a sus extraordinarias propiedades, se utiliza en DMLS para la fabricación de componentes en los sectores aeroespacial, energético y automotriz de alto rendimiento.
Acero Inoxidable 316L
El acero inoxidable 316L es una aleación austenítica de cromo, níquel y molibdeno. Es conocido por su excelente resistencia a la corrosión, ductilidad y resistencia mecánica. Se utiliza frecuentemente en aplicaciones médicas, industriales y de herramientas.
Aleación de aluminio (AlSi10Mg)
El AlSi10Mg es una aleación ligera de aluminio con excelente conductividad térmica, resistencia moderada y buena resistencia a la fatiga. Es ideal para aplicaciones que requieren reducción de peso con alto rendimiento, como chasis de automóviles, piezas de drones e intercambiadores de calor.
Usos de la sinterización directa de metales por láser
Aeroespacial: En la industria aeroespacial, los componentes con geometrías complejas y peso ligero se fabrican mediante sinterización directa de metales por láser. Esto incluye componentes como álabes de turbinas, soportes y carcasas de motores.
Automotor: La industria automotriz también se beneficia del DMLS gracias a su capacidad para producir rápidamente prototipos funcionales y componentes de alto rendimiento. Se utiliza para fabricar piezas como motores, sistemas de frenos y colectores de escape.
Herramientas y aplicaciones industriales: DMLS se utiliza para crear moldes con canales de enfriamiento conformes, matrices personalizadas y accesorios y plantillas de precisión.
Médico: El DMLS también se utiliza ampliamente en el campo médico para la producción de componentes de alta precisión específicos para cada paciente. Se utiliza para fabricar placas condilares de aleación Ti-6Al-4V, implantes dentales de titanio y coronas dentales.
Sinterización directa de metales por láser: ventajas y desventajas
La sinterización directa de metales por láser es una tecnología avanzada Fabricación aditiva Esta técnica ofrece ventajas como una gran libertad de diseño, un alto aprovechamiento de materiales y una rápida creación de prototipos. Sin embargo, el DMLS también presenta algunas limitaciones, como una alta inversión en equipos y restricciones en el tamaño del producto.
Ventajas del DMLS
Gran libertad de diseño
Su libertad de diseño permite la producción de geometrías complejas e intrincadas.
Excelentes propiedades del material
Utiliza materiales que producen piezas metálicas resistentes y funcionales.
Desperdicio mínimo de material:
Su uso eficiente de polvo metálico da como resultado menos desechos en comparación con otras técnicas de fundición.
Fácil de personalizar
La sinterización directa de metal por láser es ideal para componentes personalizados o específicos del paciente.
Eficiente para producciones de bajo volumen
Al utilizar DMLS para la fabricación de componentes, no se necesitan herramientas ni moldes.
Desventajas del DMLS
Altos costos de equipos y materiales
Utiliza máquinas costosas y polvos metálicos.
Velocidades de construcción lentas
Requiere mucho tiempo para piezas grandes o densas
Se requiere un posprocesamiento extenso
El proceso es seguido por un postratamiento como la eliminación del soporte, el tratamiento térmico y el acabado de la superficie.
Limitaciones de tamaño
Restringido por el volumen de construcción de la impresora
DMLS frente a SLM
La siguiente tabla proporciona una comparación detallada entre la sinterización directa de metal por láser y la fusión selectiva por láser.
| Característica | Sinterización directa por láser de metales (DMLS) | Fusión selectiva con láser (SLM) |
|---|---|---|
| Tamaño del punto láser | Generalmente alrededor de 40 micrones, especialmente en sistemas más pequeños. | Rango entre 80 y 160 micras |
| Número de láseres | Utiliza 4 láseres | Equipado con 12 láseres |
| Capas y vigas ajustables | Espesor de capa fijo y tamaño de láser | Ofrece flexibilidad en la altura de la capa y el tamaño del láser. |
| El detalle más pequeño posible | Puede producir características tan pequeñas como 100 micrones. | El tamaño mínimo de detalle es de aproximadamente 140 micrones. |
| Consistencia de materiales | Produce piezas con propiedades uniformes en todas las direcciones. | También logra propiedades de material consistentes en toda la pieza. |
| Requisito de enfriamiento | Las piezas deben enfriarse después de la impresión. | Es necesario enfriar después de imprimir. |
| Estructuras de apoyo | Se requiere apoyo durante la impresión. | También necesita estructuras de apoyo. |
| Tamaño máximo de construcción | Limitado a 400 x 400 x 400 mm | Puede manejar construcciones más grandes de hasta 600 x 600 x 600 mm |
| Consumo de energía | Funciona alrededor de 400 vatios. | Generalmente utiliza alrededor de 1000 vatios. |
| Usos típicos | Común en el campo médico, especialmente para dispositivos dentales y de implantes. | Preferido en industrias como la aeroespacial y la automotriz. |
| Calidad de acabado superficial | Produce superficies con rugosidad entre 8 y 20 micrones Ra | Generalmente da como resultado acabados más suaves, de aproximadamente 5 a 15 micrones Ra. |
Preguntas Frecuentes
1. ¿Cuáles son las ventajas del DMLS sobre la fabricación tradicional?
Para piezas complejas, de bajo volumen o personalizadas, DMLS ofrece ventajas significativas sobre la fabricación tradicional, como menor desperdicio de material, creación de prototipos más rápida y eliminación de costos de herramientas.
2. ¿La sinterización selectiva por láser (SLS) es lo mismo que el DMLS?
DMLS y SLS son técnicas de impresión 3D basadas en láser, pero no son lo mismo. El DMLS funciona con polvos metálicos, mientras que el SLS se utiliza para cerámica, plástico y vidrio.