La Impresión 3D en metal está redefiniendo el diseño de piezas
El sinterizado directo de metal por láser ofrece una libertad sin precedentes a aquellos que desean renovar el diseño tradicional de las piezas
Es una de las normas básicas de la fabricación: A medida que aumenta la complejidad de la pieza, lo hacen también los costes de mecanizado y montaje. ¿Y si existiese un modo diferente de producir piezas de metal, con menos limitaciones que los procesos tradicionales de fresado, torneado y amoladura, y capaz de construir piezas complejas en menos tiempo y con menor intervención humana?
Conozca el proceso industrial de impresión 3D de sinterizado directo de metal por láser. Mediante una tecnología de fabricación con aditivos, el DMLS produce prototipos y piezas finales de metal totalmente funcionales, simplifica el montaje reduciendo la cantidad de componentes y ofrece una complejidad de pieza prácticamente ilimitada sin ningún coste adicional.
Lograr soporte
El DMLS divide los modelos de las piezas en capas del grosor de una hoja de papel, que luego «dibuja» con un láser sobre un lecho de aluminio, titanio, acero inoxidable y acero martensítico. A partir de la capa inferior, va trabajando hacia arriba, fusionando cada partícula de metal con sus vecinas, capa a capa, hasta finalizar la pieza. El resultado es un producto de metal totalmente denso cuyas propiedades de resistencia mecánica y fatiga apenas difieren (o incluso superan) a las de una pieza mecanizada. Sin embargo, para su producción se requieren solo unos costes de moldeo mínimos, el tiempo de configuración se reduce drásticamente y deja poco residuo.
Si estás listo para probar el DMLS, hay algunas cosas que debes saber. Aunque esta tecnología produce piezas totalmente densas de metales fuertes y resistentes a la corrosión, es probable que algunas formas de la pieza se alabeen o comben si no reciben el apoyo adecuado durante el proceso de construcción. El diseño de soportes de construcción no es algo que tenga que preocupar a los diseñadores o ingenieros de productos, pero tienen que ser conscientes de que algunas formas son muy difíciles de construir y una ligera modificación del diseño de la pieza puede reducir los costes de la pieza aumentando a la vez su calidad.
Aprender el ABC
Tomemos el alfabeto como ejemplo. Una de las grandes ventajas del DMLS es que permite imprimir varios componentes al mismo tiempo, siempre que quepan en la cámara de construcción de la máquina que, en el caso de Protolabs, tiene un volumen aproximado de 250 mm por 250 mm por 300 mm.
Empecemos por la letra A. A no ser que la barra transversal tenga una anchura inferior a 2 mm., necesitará soportes verticales por debajo para evitar el alabeo. No supone un problema, pero eliminar esos soportes después de la construcción exigirá un nada desdeñable coste de fresado o mecanizado. Lo mismo ocurre con la T: sin soportes por debajo del trazo superior, se hundirá. Las letras B, D, P y R son especialmente problemáticas porque los soportes quedan por la parte interior de la pieza, donde son más difíciles de retirar. Las formas redondeadas, como la O o la Q, no son más sencillas, a menos que sean muy pequeñas (como el diámetro de una pajita, aproximadamente). En realidad, las únicas letras que no necesitan ningún tipo de soporte son la X y la Y, siempre que su brazos formen un ángulo mínimo de 45 grados respecto a la horizontal.
Encontrar el método adecuado
Espera un momento,... ¿Por qué no apoyamos las letras sobre su dorso? «¡Eureka!». Hoy podrás irte pronto a casa. De este modo, todas las paredes de las letras son verticales y el único soporte necesario es una serie de puntales verticales interconectados entre la parte inferior de cada letra y la placa de construcción DMLS, similar al andamiaje que utilizan los obreros al renovar un edificio. Estos puntales son fáciles de retirar una vez finalizada la construcción y evitan el contacto directo con superficies de pieza grandes y planas que pueden alabearse o dañar la placa de construcción. Este método ofrece además el mejor acabado de superficie, ya que en las piezas impresas DMLS la rugosidad aumenta a medida que las paredes se desvían de la vertical, y empeora en superficies inclinadas hacia abajo.
También hay que tener en cuenta el grosor de las paredes. Las paredes de grosor inferior a 1 mm deben mantener una proporción altura/grosor inferior a 40:1 o la estructura podría derrumbarse. En el otro extremo, las paredes muy gruesas son un desperdicio de material y se tarda mucho en construirlas: lo mejor es ahuecarlas con una estructura de panal o de celosía para reducir los costes de material y el tiempo de procesamiento, manteniendo intacta la integridad estructural.
De hecho, las estructuras de celosía son uno de los mejores trucos que esconden en la manga los magos de la fabricación con aditivos. Son prácticamente imposibles de producir con los métodos de mecanizado convencionales, pero resultan muy sencillas con DMLS. También lo son las estructuras arborescentes, las curvas que describen giros suaves (como las caracolas) y otras formas orgánicas: su producción es asequible con la impresión 3D, todo lo que se necesita es un poco de imaginación y el software CAD adecuado.
Por último, recuerde: Aunque Protolabs anima a los diseñadores e ingenieros de productos a dejar volar la imaginación, es importante no perder de vista la meta. El DMLS ofrece la posibilidad de olvidarse de limitaciones al diseñar el prototipo y la producción a pequeña escala, pero todavía no es viable para producciones a gran escala por motivos económicos. Así pues, es una excelente idea para explicar todo el ciclo de vida del producto a alguien experto en todos los tipos de fabricación, que no diseñe su producto inconscientemente y se dé cuenta al final de que sólo puede construir unos cuantos cientos de piezas.
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