Por qué el aluminio se adapta bien a la impresión 3D en metal
La impresión 3D de metal, y la fusión selectiva por láser en particular, funciona escaneando un láser a través de una fina capa de polvo metálico para fusionarlo y luego repitiendo el proceso capa por capa. Las aleaciones de aluminio responden bien a este proceso porque el polvo de aluminio absorbe la energía del láser de manera eficiente y la baja densidad del material significa que se mueve y funde menos masa por componente. La aleación más común es AlSi10Mg, una aleación de aluminio-silicio-magnesio con buena moldeabilidad que se transfiere bien al proceso de aditivos.
La fabricación aditiva también elimina las limitaciones geométricas del mecanizado: canales de refrigeración internos, estructuras reticulares y topología.-Se pueden construir directamente formas optimizadas que no se pueden perforar ni fresar, lo que hace que la fabricación aditiva de aluminio sea atractiva para intercambiadores de calor, soportes y piezas estructurales ligeras.
Parámetros clave del proceso en la fusión selectiva por láser
La calidad del aluminio impreso depende de un pequeño conjunto de parámetros del proceso. La potencia del láser en el rango de 150 a 400 W y las velocidades de escaneo de aproximadamente 800 a 2000 mm por segundo deben equilibrarse para evitar la porosidad causada por el orificio de la cerradura o la falta de fusión. El espesor de la capa suele ser de 30 a 50 micrones, lo que afecta tanto al acabado de la superficie como al tiempo de construcción. Precalentar la placa de construcción a unos 150 grados Celsius reduce la tensión residual y la distorsión, y una atmósfera inerte de argón o nitrógeno evita la oxidación del aluminio fundido reactivo.
Con parámetros optimizados, las piezas de aluminio impresas alcanzan habitualmente densidades relativas superiores al 99,5 %, y la ventana del proceso se valida mediante cupones de prueba impresos con cada fabricación.
Post-procesamiento para calidad mecánica y superficial
Las piezas de aluminio as-construidas generalmente se alivian-la tensión en la placa de construcción y luego se retiran mediante mecanizado o corte de alambre. El prensado isostático en caliente a temperatura y presión elevadas cierra los huecos internos y mejora el rendimiento ante la fatiga. El mecanizado CNC lleva las superficies críticas a tolerancias estrictas, y el granallado puede mejorar la resistencia a la fatiga al introducir tensión residual de compresión. El anodizado proporciona protección contra la corrosión y permite acabados coloreados, mientras que los tratamientos superficiales como el acabado vibratorio y el granallado mejoran la apariencia.
El control de calidad normalmente incluye escaneo CT para detectar defectos internos, medición de densidad y pruebas mecánicas de cupones representativos.
Industrias que más se benefician
La industria aeroespacial utiliza soportes de aluminio impresos e intercambiadores de calor donde cada gramo de peso ahorrado reduce el consumo de combustible. Las empresas automotrices utilizan FA de aluminio para prototipos y piezas de series pequeñas-, lo que reduce drásticamente el tiempo de desarrollo en comparación con los métodos basados en herramientas-. Los fabricantes de dispositivos médicos utilizan estructuras de aluminio poroso para los implantes, y los fabricantes de equipos industriales y de robótica aprovechan la libertad de diseño para componentes personalizados de bajo volumen-. La impresión-bajo demanda de piezas de repuesto también reduce el inventario del almacén y el riesgo de obsolescencia.
Polvo Reciclado en Aluminio AM
El polvo de aluminio para AM se produce mediante atomización y procesos especializados pueden convertir los desechos de mecanizado nuevamente en polvo esférico. El polvo reciclado debe tamizarse hasta obtener una distribución de tamaño de partícula más ajustada, generalmente de 15 a 45 micrones, y su contenido de oxígeno debe mantenerse bajo, generalmente por debajo del 0,1 %, para que las propiedades mecánicas coincidan con el material virgen. Los ciclos de reutilización del polvo son limitados, normalmente de 5 a 10 veces, antes de que el polvo deba renovarse con material virgen, y el reciclaje en circuito cerrado-del polvo no utilizado es una práctica estándar en las instalaciones de producción.
Preguntas frecuentes
¿Qué aleación de aluminio se utiliza más en la impresión 3D?
AlSi10Mg es la aleación de aluminio más utilizada para la fusión selectiva por láser debido a su buena absorción del láser, moldeabilidad y propiedades mecánicas después del tratamiento térmico.
¿Qué densidad pueden alcanzar las piezas de aluminio impresas?
Con potencia láser optimizada, velocidad de escaneo y control de la atmósfera, las piezas generalmente alcanzan una densidad relativa superior al 99,5% y el prensado isostático en caliente puede mejorar aún más la solidez interna.
¿Es el aluminio impreso en 3D-tan resistente como el aluminio forjado?
El AlSi10Mg impreso después del tratamiento térmico tipo T6 ofrece una resistencia a la tracción en el rango de 300 a 400 MPa, que es comparable o superior a la del aluminio fundido y adecuada para muchas aplicaciones estructurales, aunque los límites permitidos del diseño deben validarse mediante pruebas.
¿Por qué se necesita una atmósfera inerte durante la impresión?
El aluminio fundido se oxida rápidamente en el aire, lo que crearía inclusiones de óxido y porosidad. Una atmósfera de argón o nitrógeno mantiene bajo el contenido de oxígeno en la cámara de construcción.
¿Se pueden anodizar las piezas de aluminio AM?
Sí. Las piezas de aluminio impresas se pueden anodizar para protegerlas contra la corrosión y darles apariencia, aunque la superficie-construida puede necesitar mecanizado o pulido primero para obtener un acabado uniforme.
¿Qué tan cara es la impresión 3D de aluminio en comparación con el mecanizado?
Para volúmenes pequeños y geometría compleja, la fabricación aditiva suele ser más barata que el mecanizado porque elimina el desperdicio de herramientas y material; Para piezas simples de gran-volumen, los procesos convencionales siguen siendo más económicos.