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Materiales de impresión 3D (IV): Metales en polvo

Posted 12 enero, 2016 by in Impresión 3D, Materiales

La impresión 3D en metal es una de las grandes aplicaciones de la fabricación aditiva. Las tecnologías que usan la fusión de lecho de polvo (Powder Bed Fusion) como la EBM (Electron Beam Melting) o fusión por haz de electrones, la SLS (Selective Laser Sintering) o sinterización selectiva por láser y la SLM (Selective Laser Melting) o fusión selectiva por láser utilizan, entre otros materiales, varias formas de polvo de titanio y cromo cobalto como materia prima de fabricación para un uso final.

La impresión 3D en metal usa diferentes polvos metálicos como materia prima – Foto vía Wikipedia

Ventajas de los metales en polvo

Los metales en polvo se utilizan en la fabricación aditiva para fabricar objetos metálicos que generalmente necesitan cierto postprocesado mecánico. Inicialmente empezaron a usarse en la industria aeroespacial, ya que se mejoraba considerablemente un concepto muy común en este sector como es el “Buy-to-Fly.

El”Buy-to-Fly”no es otra cosa que la relación entre el peso de la materia prima usada y el peso de la pieza final producida. En el caso de los principales fabricantes de aeronaves, por ejemplo, la relación “Buy-to-Fly” es de 9 a 1, es decir, se utilizan 10 kg de materia prima para la fabricación de un componente 1 kg. Con la impresión 3D metálica esta relación es prácticamente la unidad.

Aun así, el coste de la fabricación de metales en polvo era alto, no haciendo viable en la mayoría de los casos el uso de la fabricación aditiva con metales a escala productiva, hasta que algunas empresas, como la británica Metalysis, desarrollaron sistemas de transformación del mineral rutilo en titanio en polvo para impresión 3D con técnicas de electrólisis, reduciendo considerablemente el precio de producción.

Polvo de Titanio (Ti6Al4V)

El polvo de Titanio Ti6Al4V es uno de los más utilizados en el sector gracias a su facilidad de mecanizado y excelentes propiedades mecánicas. Se utiliza frecuentemente en prototipos, piezas finales, aplicaciones mecánicas (como implantes y prótesis), turbinas de gas e industria química. El polvo de Titanio Ti6Al4V está sometido a las normativas ASTM F1108 (vaciado) y ASTM F1472 (forjado). La empresa Arcam comercializa Ti6Al4V (Grado 5) para impresión 3D con las siguientes características mecánicas:

– Límite elástico (Rp 0,2): 950 MPa.

– Módulo de elasticidad (Young): 120 GPa.

– Resistencia a la tracción (Rm): 1020 MPa.

– Elongación a la rotura: 14%

– Reducción de área: 40%

– Resistencia a la fatiga (600 MPa): > 10.000.000 ciclos.

– Ensayo de dureza Rockwell: 33 HRC.

Postprocesado recomendado: Prensado Isostático en Caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP) durante 120 min a 920ºC y 100 MPa.

Fuente: http://arcam.live5.client.udev.se/wp-content/uploads/Arcam-Ti6Al4V-Titanium-Alloy.pdf

Polvo de Cromo Cobalto (CoCr ASTM F75)

El polvo de Cromo-cobalto es muy utilizado en la Impresión 3D para moldes de utillaje de piezas plásticas, gracias a la dureza del material y los acabados “espejo” finos de gran calidad. Típicamente, el CoCr se utiliza en turbinas de gas e implantes ortopédicos y dentales.

El polvo de Cromo Cobalto está sometido a la normativa ASTM F75. La empresa Arcam comercializa CoCr ASTM F75 para impresión 3D con las siguientes características mecánicas:

Pre-procesado previo: Prensado Isostático en Caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP) durante 240 min a 1200ºC y 1000 bar en gas argón. Posterior tratamiento térmico (HOM) a 1220ºC, 0.7-0.9 mbar en gas argón durante 240 min.

– Límite elástico (Rp 0,2):  560 MPa (80.000 psi).

– Resistencia a la tracción (Rm):  960 MPa (140.000 psi).

– Elongación a la rotura: 20%

– Reducción de área: 20%

– Resistencia a la fatiga (610 MPa): >  10.000.000 ciclos.

– Ensayo de dureza Rockwell: 34 HRC.

Fuente: http://arcam.live5.client.udev.se/wp-content/uploads/Arcam-ASTM-F75-Cobalt-Chrome.pdf

En HXX diseñamos y desarrollamos proyectos y prototipos de ingeniería, utilizando la impresión 3D como tecnología de referencia.

Tags: CoCr ASTM F75 / Cromo cobalto / EBM (Electron Beam Melting) / Fabricación aditiva / Fusión lecho de polvo / Impresión 3D industrial / Industria aeroespacial / Industria médica / Material biocompatible / Módulo de Young / Prototipado rápido / SLM (Selective Laser Melting) / SLS (Selective Laser Sintering) / Tecnología 3D / Ti6Al4V / Titanio / Tooling

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