Hola, soy Ana López Terradas Mota,
soy técnica de transferencia en el Centro Nacional de Investigaciones
Metalúrgicas perteneciente al CSIC y hoy vamos a hablar de la impresión
3D para piezas metálicas y en concreto de la tecnología fusión
láser por lecho de polvo, LPVF.
Aquí el índice de lo que vamos a tratar.
Primero voy a hacer una pequeña introducción
de la tecnología
y voy a explicar el funcionamiento de esta.
Luego voy a mencionar los materiales,
es decir, las aleaciones utilizadas,
las aplicaciones y por último pasaré a hablar de las ventajas
e inconvenientes y un poco de todo el proceso,
de todo el flujo, la preparación y el posprocesado.
Vamos allá.
La fusión láser por lecho de polvo
es una tecnología de fabricación aditiva para hacer piezas metálicas.
No es la única, pero es una de las principales.
En el ámbito técnico
se prefiere el término fabricación aditiva frente a impresión 3D,
que se queda un poco para sectores más maker,
pero es lo mismo.
El nombre es bastante descriptivo, fusión láser en lecho de polvo,
porque eso es lo que hace el equipo, va a fundir con un láser
un lecho o cama de polvo.
También se conoce como fusión selectiva por láser,
SLM en inglés, porque hace exactamente eso,
va a fundir selectivamente, es decir,
solo los puntos de toda la cama de polvo,
va a fundir solo los puntos donde va a haber una pieza a fabricar.
Y mencionar también
que es una tecnología capa a capa.
¿Dónde se engloba esta tecnología en todo el árbol de tecnologías
de fabricación aditiva?
Digamos que se pueden dividir todas las tecnologías
en siete grandes familias en función del principio físico
que utilizan para fabricar piezas.
Las familias más conocidas son la de fotopolimerización,
las impresoras de resina, y la de extrusión de material,
la de la tecnología FDM o filamento.
En este caso tenemos otra gran familia
para todas las tecnologías que lo que hacen es fundir,
como digo, un lecho o cama de polvo.
Aquí os enseño un poco toda la gran familia de tecnologías,
no os abruméis con las siglas, pero bueno,
para que tengáis una idea general de todas las tecnologías que hay,
en función de, como digo,
principio físico y también un poco en función del material a utilizar.
Estas serían las cuatro grandes familias
que permiten fabricar piezas en metal y como ya digo,
la nuestra está englobada dentro del haz de fusión por lecho de polvo
y en concreto utilizan como energía de fusión
un láser, SLM.
Tenemos una tecnología equivalente
a esta pero para fabricar piezas poliméricas,
es decir, piezas de plástico con polvo de plástico,
que se llama SLS, Selective Laser Sintering,
Y luego tenemos una tecnología muy similar
para fabricar piezas metálicas,
pero en vez de utilizar un láser como fuente de energía
utiliza un haz de electrones.
Y luego como ya veis tenemos otras tecnologías que utilizan
otro principio físico para fabricar piezas
también en metal.
Dicho eso,
vamos a pasar con el funcionamiento de la tecnología LPBF,
recordamos Laser Powder Pet Fusion, fusión láser
en o por lecho de polvo.
Aquí vemos un diagrama básico de lo que es una máquina por dentro,
tenemos básicamente una plataforma de fabricación metálica,
un depósito de polvo y un wiper o rasqueta que lo que va a hacer
es arrastrar una capa muy fina de polvo metálica,
una capa micrométrica y la va a depositar uniformemente
sobre la plataforma de fabricación.
A continuación,
un láser va a fundir selectivamente una sección transversal,
es decir, una capa de la figura o las figuras a fabricar.
Todo esto bajo una atmósfera inerte que suele ser de argón para evitar
que el polvo metálico se pueda oxidar o pueda incluso reaccionar.
Aquí tenemos un vídeo que muestra el proceso.
Este sería el interior de una máquina.
Tenemos el láser fundiendo, como veis, figura a figura,
punto a punto.
Y aquí, como os decía, tenemos el wiper, que es esa pieza azul,
que lo que va a hacer es va a coger el polvo del depósito
y lo va a arrastrar sobre la plataforma.
Bueno, en este caso ya sobre las piezas que ya llevan unas
cuantas capas.
Se retira el exceso antes o después.
Y a continuación el láser va a ir fundiendo,
como ya digo, capa a capa todas las piezas,
en este caso va a hacer unas 16 piezas.
Una vez acabada la fabricación toda la plataforma asciende
y todo ese polvo metálico se aspira y se reutiliza,
en gran medida se puede reutilizar.
Los materiales metálicos,
es decir, las aleaciones típicamente utilizadas,
son aceros, aluminios, aleaciones de cromo cobalto,
de titanio, de cobre, de níquel, bastante abierto.
Pero es verdad que como este método de fabricación es bastante moderno,
todavía hace falta mucho desarrollo de nuevos materiales, que es,
entre otros, lo que se hace en centros de investigación
como el CENIM,
que lo que hacen es desarrollar nuevas aleaciones con propiedades
avanzadas.
Primero, que se puedan imprimir, es decir,
que puedan ser fabricables por este método de fabricación
y luego que tengan propiedades mecánicas
avanzadas o que sean más ligeras
o que sean más resistentes a la corrosión,
por decir unas cuantas.
Aplicaciones típicas, medicina, por ejemplo,
vemos ahí una placa que se utiliza para craneoplastias,
que puede ser la placa,
puedes personalizarla gracias a la impresión 3D
y se hace en titanio por el tema de biocompatibilidad
con el cuerpo.
También las típicas prótesis de cadera se pueden personalizar
y adaptar a la persona en concreto gracias a esta tecnología.
Tenemos también por supuesto los sectores de automoción
y aeroespacial que se van a valer de esta personalización
y sobre todo en el campo de aeroespacial de la capacidad
de aligerar estructuras gracias un poco al diseño
y a la capacidad de esta tecnología para fabricar piezas muy optimizadas
en el diseño.
Por último, en el ámbito deportivo
por ejemplo en el campo de ciclismo de alta competición
cada vez están fabricando más piezas de bicicletas
como puede ser el marco por esta tecnología
porque permite fabricar piezas muy adaptadas
al ciclista en concreto muy ligeras y muy aerodinámicas
¿Ventajas de esta tecnología?
Pues la alta resolución y precisión que obtienes
gracias a las capas que son micrométricas a la gran precisión
del láser obtenemos también buena densidad de las piezas
en esta tecnología las piezas no tienen un relleno 15-20% como
en otras las piezas son densas, son sólidas completamente
y en metal buena densidad
implica buena calidad de las piezas entonces estamos obteniendo muy buena
calidad de piezas por este método de fabricación.
Y luego, por supuesto, las ventajas inherentes a la fabricación aditiva,
que te permite fabricar piezas complejas,
de geometrías complejas, y personalizar,
es decir, adaptar las piezas a una persona
o a un sistema.
Por otro lado, las desventajas, el alto coste del equipamiento,
los tiempos de fabricación son bastante largos,
Luego el tema de la manipulación de polvo,
que puede ser nociva para la salud,
así que hay que tener cuidado y llevar siempre
un equipo de protección individual.
Y el tamaño de las piezas, que al final,
como en otras tecnologías,
está limitado al tamaño de la plataforma de fabricación,
que suele ser como mucho, de 30 cm x 30 cm x 60 u 80.
Aquí os he traído un par de piezas.
Para que las veáis que se han fabricado
mediante esta tecnología.
Y por último vamos a pasar un poco
a explicar un poco todo el proceso rápidamente.
Primeramente vamos a hablar de la preparación.
¿Qué hay que hacer para imprimir piezas bajo esta tecnología?
Como en otras tecnologías hay un paso previo.
El modelo igualmente lo vas a diseñar en un CAD
o donde sea, lo vas a pasar como STL a un programa de preparación
o laminado.
Y en este programa igual que en otras tecnologías vas
a meter los parámetros de impresión en función del tipo de aleación
del tipo de geometría que quieras en este caso
los parámetros de impresión más relevantes son la altura de capa
y también parámetros ya más intrínsecos de la tecnología
como son la potencia o la velocidad del láser
también en este programa de impresión vamos a meter los soportes.
Que como en otras tecnologías son obligatorios,
en este caso tienen una función doble,
primero para anclar las piezas a la plataforma de fabricación
o sustrato y segundo para disipar todo el calor generado en la fusión.
El polvo alrededor disipa muy mal el calor,
entonces conviene siempre tener un conducto sólido.
Por último, vamos a hacer una comprobación
de cómo el software ha laminado las piezas,
cómo ha hecho las capas y finalmente vamos a mandar
las instrucciones al equipo de fabricación.
Ya tenemos la preparación, hemos impreso
y ahora tenemos el posprocesado de las piezas.
Primero, como ya hemos dicho, retiramos el polvo,
podemos reciclarlo en gran medida,
luego procedemos a eliminar los soportes que si son finos
con unos propios alicates de corte se pueden quitar,
pero si no con un corte mecánico y aquí lo que hicimos fue meterlos
en un tambor vibratorio que tiene partículas abrasivas
que lo que hacen es darle un pequeño pulido a las piezas.
Para mejorar un poco la calidad superficial
y sobre todo para eliminar un poco las aristas vivas que puedan tener.
En este caso son unos trofeos con una geometría sigiloide
muy compleja que hicimos dentro del centro del CENIM.
También se pueden aplicar una serie de tratamientos térmicos
para eliminar estreses residuales
que hayan podido aparecer durante la fabricación.
Y eso ha sido todo, muchas gracias por vuestra atención.