Fabricación aditiva y tecnología de impresión 3D industrial : soluciones, ventajas y buenas prácticas
Los procesos de fabricación aditiva o sistema de impresión 3D industrial permiten diseñar nuevas piezas con geometrías complejas o con nuevas funcionalidades en sectores variados como la industria aeronáutica, energía, fabricación de herramientas o de prototipos. Todos tienen un punto en común: la construcción de un objeto añadiendo materia por medio del depósito sucesivo de finas capas de material.
En la mayoría de procesos de fabricación aditiva, a lo largo de la cadena de valor, los gases cumplen funciones esenciales para garantizar la calidad final de las piezas y reducir su tiempo de producción:
seguridad del proceso (protección contra el riesgo de inflamación de los polvos),
Protección de los materiales contra la oxidación y la humedad
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Air Liquide ofrece gases y mezclas de gases que cumplen con los requisitos de calidad de todas las técnicas relacionadas con la fabricación aditiva en los distintos sectores.
Soluciones Air Liquide para procesos de fabricación aditiva
Air Liquide le acompaña en el desarrollo de la producción de piezas por fabricación aditiva y le ofrece las mejores soluciones de gases según su tipo específico de proceso de producción.
¿Qué es la fabricación aditiva ?
La fabricación aditiva de metales también se denomina fusión láser de metales o impresión 3D de metales. Consiste en fabricar una pieza a partir de finas capas de polvo metálico fusionadas mediante un rayo láser acoplado a un modelo CAD de la pieza que se va a producir. La pieza se construye capa a capa, en lugar de eliminar material durante el mecanizado.
Los sectores del espacio, la medicina, la defensa y el diseño utilizan cada vez más este procedimiento. En este proceso, cuanto más compleja es la pieza, más económico resulta.
La industria de la fabricación aditiva está transformando los métodos de producción gracias a la reducción de los plazos de desarrollo y fabricación de piezas de alto valor añadido en todos los ámbitos de la ingeniería mecánica, especialmente la aeronáutica y el espacio.
Fabricación de polvos metálicos
Los polvos metálicos que se suelen utilizar en el método de fabricación aditiva son producidos principalmente por un sistema denominado de atomización por gas. Este proceso requiere estabilidad de los parámetros de producción, como la presión y la temperatura del argón o del nitrógeno. Asimismo es crucial para asegurar la calidad de los polvos producidos con el fin de optimizar la granulometría de los polvos para el mercado de la fabricación aditiva.
La calidad de las piezas depende de la alta calidad de los polvos. Una correcta conservación y un reciclado controlado ayudan a limitar su oxidación.
Fabricación de piezas con diferentes tecnologías de impresión 3D
Las diferentes familias de procesos se clasifican según las normas ISO y ASTM:
- La extrusión de material (Material Extrusion): proceso por extrusión de alambre (Fused Deposition Modeling/FDM). Más allá de de las aplicaciones para imprimir en 3D destinadas al público en general, también se utiliza en fabricación industrial.
- Proyección de aglutinante (Binder Jetting): materiales que van desde cerámicas, polímeros y plásticos, a algunos metales en forma de polvo.
Proyección de materiales (Material Jetting): partículas finas depositadas y solidificadas (p. ej.: fotopolímeros). - Deposición de metal con energía concentrada (Directed Energy Deposition/DED): el material de impresión se funde directamente mediante una fuente de energía utilizando un láser o un arco eléctrico. Aquí se utiliza argón y mezclas de Ar-CO2.
- La fusión de lecho de polvo (powder bed fusion/PBF) para metales, plásticos o polímeros ya permite producir distintos modelos de piezas industriales en serie. La fuente de energía del proceso de fusión de lecho de polvo es a menudo un láser (Selective Laser Melting/SLM, Selective Laser Sintering/SLS, Direct Metal Laser Sintering/DMLS, etc.). El argón o el nitrógeno se utilizan como gases de protección. El haz de electrones (Electron Beam Melting EBM) en ocasiones se usa para piezas metálicas. En este caso, el helio se utiliza con una contrapresión de helio baja para evitar proyecciones.
- Estratificación de capas (Sheet Lamination/SL): técnica para imprimir por superposición de capas sucesivas de hojas unidas o encoladas entre sí por un aglutinante.
- Fotopolimerización en cuba (Vat Photopolymerization) como la estereolitografía (SLA) que solidifica selectivamente un fotopolímero líquido
Fabricación aditiva y operaciones de acabado
Después de la fase de construcción, las piezas son objeto de operaciones de acabado:
- enfriamiento en atmósfera neutra, nitrógeno o argón,
- eliminación de los soportes, fabricados con la pieza,
- limpieza, posiblemente con el procedimiento de limpieza con dióxido de carbono en estado supercrítico,
- tratamiento de alivio de tensiones para eliminar tensiones residuales,
- posibles tratamientos térmicos complementarios en atmósfera controlada para conferir a las piezas las características mecánicas finales,
- tratamiento de la superficie para lograr el acabado superficial deseado (rugosidad, por ejemplo) o mecanizado o criomecanizado (sin aceite) si es necesario.
La fabricación aditiva está en constante desarrollo, la actualidad ofrece constantes innovaciones. Estos últimos años, la sustitución de los métodos de fabricación tradicional por tecnologías de fabricación aditiva sin duda tiene ventajas (equipos innovadores, diseño optimizado, piezas más ligeras, creación rápida de prototipos, simplificación de la cadena logística, optimización del coste global de la pieza, etc.). Para aprovechar al máximo este potencial, conviene considerar este modo de fabricación desde la etapa de diseño de la pieza.
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Vídeo
Fabricación aditiva
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Los procesos de fabricación aditiva (additive manufacturing) utilizan gases como el argón, el nitrógeno o el helio. Los gases cumplen funciones esenciales en estos procesos para garantizar la calidad del resultado final:
- Protección contra el riesgo de inflamación de los polvos,
- Protección de los materiales en fusión contra la oxidación y la humedad.
Gases utilizados durante todo el proceso de fabricación aditiva
El principal gas utilizado para la fabricación de piezas metálicas es el argón pero, dependiendo de los materiales y procesos, también se pueden utilizar el nitrógeno o el helio. Naturalmente, estos gases deben ser usados en condiciones controladas en términos de seguridad (por ejemplo, riesgo de anoxia), dentro de un marco profesional.
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Preguntas frecuentes
¿Qué es la fabricación aditiva?
¿Por qué utilizar la fabricación aditiva o la impresión 3D y cómo integrarla en su producción?
¿Cómo se eliminan los soportes en la fabricación aditiva?
¿Cuáles son las diferencias entre la fabricación aditiva y la impresión 3D?
¿Cómo se identifican los materiales imprimibles?
¿Qué es la impresión 3D metálica?
¿Qué sectores utilizan con mayor frecuencia la tecnología 3D?
¿Cuál es la función del gas en la fabricación aditiva?
¿Qué proceso de impresión 3D elegir?
¿Cómo funciona la fabricación aditiva?
Consiga piezas de alta calidad con total seguridad gracias al argón, al nitrógeno y al helio en su proceso de additive manufacturing o fabricación aditiva metálica: producción y almacenamiento de polvo, inertización de la cámara de construcción y post-tratamientos.
¿Por qué utilizar gases industriales en la Fabricación aditiva?
Air Liquide suministra con fiabilidad nitrógeno (N₂), argón (Ar) y helio (He), que intervienen en toda la cadena de valor:
- la fabricación del polvo, el reciclaje y el almacenamiento: inertización, plasma...,
- la construcción de piezas: inertización la cámara de construcción, lecho de polvo, proyección...,
- el postratamiento: tratamientos térmicos, limpieza con CO₂.
Flexibilidad y diseño de piezas complejas
Independientemente del procedimiento [Fusión selectiva por láser (SLM, por sus siglas en inglés) o haz de electrones (EBM, por sus siglas en inglés), deposición de materia en forma de polvo o hilo (DMD, Direct Metal Deposition)], la fabricación aditiva o impresión 3D permite diseñar nuevas piezas con formas geométricas complejas o con nuevas funcionalidades mediante la adición de capas sucesivas de materiales.
Fiabilidad
Aunque solo representan una pequeña parte de la estructura de costes de las piezas metálicas, los gases son, sin embargo, indispensables para el funcionamiento de las máquinas, y, en consecuencia, requieren que se garantice la continuidad del suministro. Los gases industriales evitan cualquier deformación o combustión de la pieza durante su impresión a alta temperatura. El principal gas empleado para la fabricación de piezas metálicas es el argón pero, según los materiales, también pueden utilizarse el nitrógeno o el helio.
Seguridad de la instalación
Naturalmente, los gases industriales deben utilizarse en condiciones de seguridad controladas (por ejemplo: riesgo de anoxia). Air Liquide le guía para garantizar la seguridad de las instalaciones y le aconseja sobre la implementación de equipos de detección de anoxia, los servicios de mantenimiento de las instalaciones y, por supuesto, la formación sobre el uso de gases.
Gases adaptados a la impresión 3D de dispositivos médicos
Nuestros gases específicos para la impresión 3D industrial metálica ofrecen una impresión óptima de los materiales médicos (prótesis dentales por ejemplo).
Nuestra solución para la fabricación aditiva
Suministro de gases
- Argón (Ar), Nitrógeno (N₂), Helio (He) con la pureza requerida
- Suministro continuo y evolutivo en función de la evolución de las necesidades
- Seguridad y fiabilidad
Instalación y equipos
- Red personalizada de distribución de gas: centrales, red hasta el punto de utilización, telemetría, mantenimiento asociado
- Instalación de seguridad (anoxia)
- Equipos específicos para el almacenamiento de los polvos
Experiencia y servicios
- Optimización de la adecuación «procesos-gases-materiales»
- Elaboración del pliego de condiciones
- Definición y diseño de las instalaciones de red de gases y seguridad
- Auditorías y peritaje de gases de los sistemas de impresión 3D en metal
El papel de los gases en la fabricación aditiva
Función de los gases en la fabricación aditiva en cada etapa
Los gases representan solo una parte muy pequeña del coste de producción en este sector, pero desempeñan un papel crucial para la seguridad, la estabilidad de los procesos y la calidad de los productos finales.
La fabricación aditiva y las operaciones de acabado
La calidad de las piezas depende de la calidad de los polvos. Es preciso conservarlos y reciclarlos para limitar su oxidación.
Una vez terminada la fase de construcción, las piezas deben someterse a las siguientes operaciones de acabado:
- El enfriamiento en atmósfera neutra antioxidante
- La limpieza con el procedimiento de limpieza con CO₂
- El tratamiento de distensión para eliminar tensiones residuales
- Posibles tratamientos térmicos complementarios para conferir a las piezas las características mecánicas o propiedades de superficie deseadas
Le orientaremos a través de nuestros productos y soluciones para que pueda elegir las mejores opciones que le ayuden en su desarrollo de la fabricación aditiva.