DESAFÍOS PARA LA IMPRESIÓN 3D DE METALES

La manufactura aditiva de piezas o partes metálicas evoluciona día a día, para alcanzar la competitividad en producciones seriadas. Velocidad, reducción de costos y simplificación de procesos son los desafíos. Presentamos una tecnología que se propone lograrlo.

3DMP

Cada vez que nos proponemos encarar una nota relacionada a los avances en el campo de la impresión 3D -y más específicamente de 3DMP- nos damos cuenta de lo difícil que es mantenerse al día. La respuesta es que, hablar de una tecnología tan disruptiva en su etapa de desarrollo y consolidación, brinda sorpresas y novedades constantemente. No por ello, dejaremos de hacerlo. Los desafíos que conllevan esta tecnología, en el camino hacia establecerse como alternativa realmente competitiva para la producción en serie de piezas y partes metálicas, seguramente sigan consumiendo miles de millones de caracteres en los próximos años.

Antes de hablar de los últimos aires que soplan en este campo, presentaremos brevemente un panorama de la situación actual de las tecnologías disponibles para tal fin y de los principales desafíos que enfrentan.

Tecnologías disponibles para 3DMP

El siguiente cuadro muestra las principales tecnologías disponibles agrupadas por fuente de provisión de material metálico:

Tecnologías disponibles en manufactura aditiva metálica

Más rápido, menos costoso, más simple

La tecnología de manufactura aditiva de base metálica necesita necesariamente bajar sus costos por pieza producida para competir en el terreno de las producciones industriales en serie, principalmente, con las sustractivas (por ejemplo el mecanizado). En otros campos ya lo es, pero sólo para trabajos muy específicos en sectores determinados (aeroespacial por citar uno). Para ello, todos han puesto el foco en reducir estos costos por alguna de las siguientes variables o por una combinación de ellas. La respuesta -para cualquier profesional involucrado en un proceso productivo- sería obvia: reduciendo etapas en el proceso y aumentando la velocidad de producción, mejora sin dudas la ecuación. Pero primero, es necesario entender un poco más la composición de costos del proceso completo de la impresión 3D de metales. Se pueden bajar los costos mejorando las siguientes tres variables principales:

  • Impresión: implica la velocidad actual a la que se puede imprimir. Cuanto más rápido sea el proceso, menor será el costo de amortización de los -costosos- equipos de impresión.
  • Materiales: no solo implica el costo en sí de cada material (por ejemplo el costo de alambres/filamentos es 2 o 3 veces menor que los polvos metálicos) sí que debe tomarse en cuenta la cantidad de desperdicio de los mismos.
  • Procesos de post-producción: cuanto menos etapas siguientes a la impresión (desmontado, separación de la base, desaglutinado, sinterizado, mecanizado, tratamientos térmicos y superficiales, etc.) sean necesarios, menor será el costo de la pieza o parte.

 

¿Joule® Printing, un nuevo salto tecnológico?

En el margen izquierdo del primer cuadro presentado, aperece este novedoso nombre. Es el nombre con el que la joven compañía Digital Alloys, ha bautizado a su innovador método para producir piezas. Veamos en qué consiste.

El método utiliza alambre de bajo costo como materia prima y puede procesar casi cualquier metal. Es similar a otros métodos de alimentación de alambre como el DED (deposición directa de energía), pero utilizando una corriente eléctrica directa de calentamiento por resistencia para la fusión y la unión de capas. Utiliza un sistemas de alimentación para colocar la punta del alambre, luego transmite la corriente a través del alambre y hacia la pieza, formando un circuito completo (ver gráfico Calentamiento por resistencia). De esta forma derrite el alambre en la pieza usando calentamiento por Joules (también conocido como “calentamiento por resistencia”). Básicamente, utiliza el mismo proceso físico que se utiliza para calentar una resistencia en una tostadora o idéntico al que permite que brille un filamento en una lámpara incandescente.

Joule Printing
Render de los futuros equipos de Digital Alloys

Ventajas que promete esta tecnología

  • Simplicidad: reduce drásticamente etapas del proceso de producción. Elimina pasos previos a la impresión y posteriores a la misma. Comparado con los basados en cama de polvo metálico: en la previa la preparación del ambiente de impresión y en el post proceso de desensamble, eliminación de polvos, sinterizado (según cada tecnología) y tratamientos térmicos y de acabado. Evita el manejo, alimentación y distribución de polvos. Reduce mantenimientos.
  • Velocidad: el posicionamiento y fundición del material se produce de manera simultánea. Utilizando un alambre de 0.89 mm. de diámetro, el sistema puede procesar a velocidades de hasta  5-10 kg./h.
Joule Printing
Equipo imprimiendo con método Joule® Printing.
  • Repetitividad y control: proporciona un control preciso en bucle cerrado de la fusión a nivel de voxel. Dado que el cable se mantiene en un sistema de movimiento de precisión, se puede conocer exactamente dónde se deposita la masa fundida. A diferencia de un sistema de deposición de energía directa, no hay goteo o salpicaduras. Utiliza el sistema de alimentación de alambre de precisión para medir y controlar la cantidad de metal que se introduce en el conjunto de fusión. El circuito eléctrico proporciona la medición y el control de la cantidad de energía que se aplica a la masa fundida. Esta combinación de parámetros de proceso estrechamente controlables permite al sistema entregar partes isotrópicas consistentemente densas (99.5% +) que son más fuertes que las piezas fundidas. Además, los datos de proceso para cada vóxel se guardan para el análisis posterior (big data). En combinación con su tecnología de aprendizaje automático desde la máquina (machine learning technology), permite el control de calidad no destructivo de las partes impresas.
  • Bajo consumo de energía: el sistema utiliza considerablemente menos de 1 kWh/kg. de material fundido.
  • Materiales: como se mencionaba antes, se pueden utilizar todo tipo de materiales metálicos en formato alambre. Además de un costo mucho menor a los polvos, el consumo es menor ya que los desperdicios durante el proceso y el scrap posteriores al mismo son mínimos.

Digital Alloys ha comenzado su modelo de negocios desde hace poco más de un año como proveedor de piezas (solicitadas por pedido). Se encuentra en proceso de capitalización para producir equipos, por ejemplo ha logrado inversiones de Boeing y Lincoln Electric. Prometen comenzar la comercialización de sus primeros equipos para 2020 que tendrán la capacidad de producir piezas de un volumen de 40 x 40 x 25 cm.

Recomendamos ver el siguiente video para entender claramente el funcionamiento del método descripto en tiempo real:

Fuente:

Nanalyze: www.nanalyze.com

Digital Alloys: www.digitalalloys.com

Ver también:

PARA UNA TECNOLOGÍA DE MANUFACTURA INTELIGENTE Y CONECTADA IIOT

ALIANZA ESTRATÉGICA EN 3D

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