El moldeo por inyección de metal (MIM) y la impresión 3D de metal son tecnologías de producción avanzadas que han provocado un cambio rápido en la fabricación moderna.
El moldeo por inyección de metal puede crear componentes pequeños e intrincados de tan solo 2 mm de diámetro y con un peso inferior a 1 g sin comprometer la precisión y la consistencia dimensional.
Por otro lado, la impresión 3D de metal permite fabricar con gran éxito geometrías complejas y personalizadas que serían difíciles o imposibles de lograr con métodos de fabricación convencionales. Este artículo busca comparar las ventajas, limitaciones y procesos de producción de ambos métodos.
¿Qué es el moldeo por inyección de metales (MIM)?
Proceso de moldeo por inyección de metales. Es una combinación de pulvimetalurgia y moldeo por inyección de plástico para producir piezas metálicas pequeñas y complejas de alta resistencia. El proceso consta de cuatro pasos principales.
Mezcla
En primer lugar, la materia prima se prepara mezclando polvos metálicos finos con un aglutinante polimérico, y el resultado es una mezcla homogénea (materia prima).
Inyectando
A continuación, se introduce la materia prima en una máquina de moldeo por inyección y luego se inyecta en el molde, bajo alta presión, para crear una “pieza verde”.
Desaglomerado
El siguiente proceso consiste en desaglomerar la pieza verde, lo que implica retirar los aglutinantes de la pieza, dejando el metal. El proceso se realiza mediante métodos térmicos, con disolventes o catalíticos.
sinterización
Finalmente, la sinterización se lleva a cabo colocando las partículas metálicas restantes en una cámara bajo condiciones atmosféricas específicas a una temperatura alta, inferior al punto de fusión del material. Esto fusionará las partículas para alcanzar la densidad y resistencia requeridas, similar a la de los metales forjados.
¿Qué es la impresión 3D en metal?
Impresión 3D de metal, también conocida como fabricación aditiva de metales El MAM (Matriz de Materiales de Construcción) construye piezas capa por capa a partir de un modelo digital. Las técnicas comunes de este método incluyen la Fusión Selectiva por Láser (SLM), la Sinterización Directa de Metal por Láser (DMLS) y la Fusión por Haz de Electrones (EBM). Estos procesos fusionan polvos metálicos finos u otras formas metálicas mediante fuentes de alta energía, como láseres o haces de electrones. La fusión se realiza generalmente en un entorno de gas inerte o vacío, tras lo cual se realizan etapas de acabado como el tratamiento térmico o el acabado superficial.
Los materiales más comunes incluyen acero inoxidable, titanio, aluminio, inconel y cromo-cobalto. La elección depende de la aplicación, las propiedades mecánicas y los requisitos de rendimiento.
Aplicaciones
Aplicaciones MIM
En la industria automotriz, el MIM se utiliza en la producción de válvulas, engranajes, componentes de turbocompresores y piezas del sistema de combustible, garantizando alta resistencia y precisión. La capacidad de producir en masa piezas pequeñas y complejas hace que el MIM sea muy rentable para este sector.
Para dispositivos médicos como brackets de ortodoncia, herramientas quirúrgicas e instrumentos endoscópicos, el MIM es ideal. Esto se debe a la necesidad de que dichas piezas sean miniaturizadas, biocompatibles y mecánicamente resistentes. El MIM se utiliza para producir electrónica de consumo, donde conectores, bisagras y componentes de teléfonos inteligentes se benefician de su capacidad para ofrecer detalles finos y paredes delgadas a escala.
Aplicaciones de impresión 3D de metal
En la industria aeroespacial, componentes como soportes ligeros, boquillas de combustible, álabes de turbinas y piezas de satélites se suelen imprimir en 3D. También se utiliza para restaurar componentes antiguos de aeronaves. La industria médica y sanitaria es un sector clave para la impresión 3D de metal, que permite producir implantes personalizados (dentales, ortopédicos y craneales). Además, permite la producción de prototipos metálicos funcionales, como piezas de cajas de cambios para prótesis manuales y articulaciones de coches de carreras en aplicaciones automotrices.
La impresión 3D permite el diseño y la producción de joyas y piezas decorativas únicas y complejas. También se utiliza en robótica y automatización para producir herramientas de extremo de brazo o piezas de actuador que albergan sensores y cámaras.
Impresión 3D MIM vs. Impresión 3D en metal
Costo y volumen de producción
El MIM requiere una inversión inicial en herramientas, pero una vez fabricado el molde, cada pieza puede producirse a un coste muy bajo. Por lo tanto, el MIM es altamente competitivo para grandes volúmenes de producción en diversas aplicaciones industriales.
A diferencia de la MIM, la impresión 3D de metal no requiere un coste inicial de herramientas, por lo que resulta económica para prototipos o lotes pequeños. Sin embargo, el coste del material, el tiempo de mecanizado y el posprocesamiento elevan el coste de cada pieza, lo que la hace inadecuada para la producción en masa.
Flexibilidad de materiales
MIM es compatible con una variedad de materiales, incluidas aleaciones como acero inoxidable, cobre, tungsteno, cobalto, titanio, materiales a base de níquel, etc.
La impresión 3D admite muchas aleaciones, incluidos titanio, aluminio, Inconel y aceros, y permite diseños complejos como redes o canales internos.
Acabado de la superficie
El moldeo por inyección de metal (MIM) produce piezas de acero inoxidable 17-4PH con un acabado superficial más liso, típicamente Ra 1 µm en estado sinterizado y aproximadamente Ra 0.33 µm después del tratamiento superficial, según un estudio sobre acabados superficiales MIM. Por lo tanto, el MIM es ideal para productos que requieren un acabado superficial de alta calidad, como cajas de relojes, joyas y soportes para cámaras de teléfonos móviles.
La impresión 3D de metal produce piezas de acero inoxidable 17-4PH con una superficie inicial más rugosa, normalmente Ra alrededor de 3–5 µm tal como se imprime, pero después del tratamiento de la superficie se puede reducir a aproximadamente Ra 0.36 µm.
Velocidad y plazo de entrega
La velocidad y el plazo de producción pueden determinar el método a elegir. La impresión 3D tiene plazos de entrega largos inicialmente debido al desarrollo de las herramientas, pero una vez fabricados los moldes, la producción es rápida. La impresión 3D, por otro lado, ofrece una rápida entrega de prototipos o lotes pequeños, sin necesidad de herramientas.
Preguntas Frecuentes
¿Cuáles son las diferencias en los materiales entre el moldeo por inyección de metal y la fabricación aditiva de metal?
En el moldeo por inyección de metal (MIM), los polvos son muy finos (menos de 22 µm), casi esféricos y de alta pureza para evitar defectos de sinterización. Se suelen fabricar mediante atomización con gas o agua, o reducción química.
En la fabricación aditiva de metales (FA), los polvos son más esféricos (con una esfericidad superior al 98 %) y ligeramente más gruesos: de 15 a 45 µm para sistemas láser y de 45 a 106 µm para sistemas de haz de electrones. Deben tener una pureza ultraalta, que generalmente se produce mediante atomización con gas o plasma.