Posprocesado para la impresión 3D de metales

El proceso de impresión de metal en 3D no se limita a enviar un archivo CAD en 3D a la máquina e iniciar la construcción. La producción de piezas óptimas también requiere un buen diseño, materiales de calidad, la transmisión de parámetros a la máquina y estrictos controles de proceso. Y mientras la fabricación aditiva está adquiriendo cada vez más importancia en las aplicaciones de producción, el posprocesado es a menudo necesario para cumplir con los requisitos de fabricación más avanzados. A fin de cuentas, no hay lugar para el error cuando un componente está destinado a un lanzamiento espacial o a un procedimiento médico que puede salvar una vida. Una vez finalizada la construcción mediante sinterizado directo de metal por láser (DMLS), hay varias opciones de posprocesado para mejorar aún más la precisión dimensional de la pieza, la calidad del acabado de la superficie y las propiedades mecánicas.

Posprocesado mediante mecanizado CNC para mejorar las tolerancias y el acabado de la superficie

Como en muchos procesos de impresión en 3D, es necesario eliminar la estructura de soporte en las piezas DMLS. En general, las piezas se separan primero de la plataforma de fabricación mediante electroerosión por hilo o sierra de cinta, y luego se retira el material de la estructura de soporte con herramientas manuales. Esto funciona bien en muchos casos, pero a veces se necesitan opciones de mecanizado adicionales para detalles críticos que requieren tolerancias más estrictas o mejores acabados de superficie.

Por ejemplo, supongamos que diseña un sistema de suministro de combustible para ser montado en el fuselaje de un cohete. La solución óptima para fabricar conjuntos es consolidar todos los componentes en una sola pasada, pero a veces la geometría de la pieza, su tamaño o materiales limitarán sus posibilidades y tendrá que diseñar las características de acoplamiento de la pieza metálica impresa en 3D. Por lo tanto, el mecanizado posterior ofrece una forma de producir detalles de ensamblaje precisos, manteniendo al mismo tiempo la libertad de diseño de la fabricación aditiva.

En general, el proceso DMLS puede producir piezas con tolerancias de ± 0,1 a 0,2 mm más ±0,005 mm/mm por cada mm adicional. Pero con el posprocesado mediante mecanizado CNC, se pueden alcanzar tolerancias de hasta ±0,05 mm. Para mecanizar estas características, además del archivo CAD se debe proporcionar un dibujo que indique las características y las tolerancias requeridas. Durante las fases de presupuestación y revisión de diseño, uno de nuestros ingenieros de aplicaciones revisará el archivo para determinar si las tolerancias indicadas son posibles.

El mecanizado posterior también se puede utilizar para mejorar la calidad del acabado de la superficie. La rugosidad de la superficie de las piezas DMLS tal como están es de entre 3 µm y 12 µm Ra, dependiendo de la orientación, material y grosor de las capas. Gracias al mecanizado CNC posterior, es posible obtener un acabado de la superficie de Ra 0,8 µm.

La precisión que proporciona el mecanizado CNC también se aplica a la producción de agujeros y roscas. Para la mayoría de los metales, recomendamos el diseño de agujeros roscados mayores que M1,6 o mayores que 1,00 mm de diámetro.

Recuerde que si su pieza DMLS requiere un mecanizado posterior, debe fijarse en la fresadora, y las superficies curvas o biseladas pueden ser un problema. Nuestro personal de ingeniería de aplicaciones puede evaluar si la pieza es adecuada para el mecanizado posterior durante el proceso de revisión del diseño. En algunos casos, se puede diseñar una parte a sacrificar en el archivo de origen para ayudar en el proceso de mecanizado y luego eliminarla.

Mejore las propiedades mecánicas con tratamientos térmicos avanzados

El rápido calentamiento y enfriamiento del metal durante el proceso de DMLS causa tensiones internas. Cada pieza se somete a un tratamiento de alivio de tensiones de acuerdo con la norma ASTM 3301, pero los tratamientos térmicos adicionales pueden mejorar ciertas propiedades mecánicas como la dureza, la elongación, la resistencia a la fatiga, etc.

Compresión isostática en caliente (HIP)
El sinterizado directo de metal por láser permite crear piezas con una densidad cercana al 100 %, pero la compresión isostática en caliente (HIP) se puede utilizar para eliminar cualquier microporosidad interna restante y proporcionar otro nivel de control para eliminar cualquier fallo. El proceso funciona sometiendo la pieza a una alta temperatura y presión uniforme para solidificarla completamente. .

Recocido
El recocido de solubilización es otra opción de tratamiento térmico para obtener piezas de producción de alta calidad que requieren propiedades mecánicas mejoradas. El proceso calienta la pieza a una alta temperatura y luego esta se enfría rápidamente, dando lugar a un cambio en la microestructura y una mejor ductilidad. Se suele utilizar para piezas de aluminio.

Inspecciones de calidad para la validación de piezas DMLS

Existe una amplia variedad de métodos de inspección e informes de calidad disponibles para validar la precisión dimensional y las propiedades mecánicas de una pieza. Si se requieren inspecciones de calidad, se debe proporcionar un plano además del modelo CAD en 3D.

Ofrecemos a nuestros clientes diferentes opciones de informes:

Inspección del primer artículo (FAI): Este proceso verifica que las piezas finales cumplan con el dibujo original, la orden de compra y otras especificaciones.

La inspección dimensional utiliza equipos MMC para garantizar que las dimensiones de la pieza están dentro de las tolerancias requeridas, de acuerdo con las medidas indicadas en el plano original.

El informe final da detalles de la ubicación en la plataforma de construcción, la orientación de la pieza, la posición de las estructuras de soporte y un archivo de registro que describe todo el proceso de construcción en la máquina.

Por último, se puede emitir un certificado de conformidad que incluye la trazabilidad de las piezas si se solicita.

Dado que la gran mayoría de las piezas DMLS aprovechan la impresión metálica en 3D para estructuras internas más ligeras o complejas, la tomografía computarizada (TC) se ha convertido en un modo de inspección adecuado, ya que permite la validación no destructiva de las piezas. Este proceso puede utilizarse para inspeccionar y validar detalles huecos o canales internos. Puede medir variaciones en el espesor de la pared, o detectar deformaciones y grietas, y puede comprobar que no queda polvo en la pieza.

La fabricación aditiva para componentes metálicos puede parecer compleja, pero nuestros ingenieros de aplicaciones de impresión 3D altamente experimentados le ayudarán en cada paso del proceso. Siempre llevamos a cabo una cuidadosa revisión del diseño antes de enviar las piezas a la máquina para su impresión. Esto no solo garantiza un buen diseño, sino que además proporciona a nuestro equipo de producción la información necesaria para optimizar la orientación de la construcción y la colocación de las estructuras de soporte, con el fin de obtener piezas de la máxima calidad. Si se necesita un posprocesado para cumplir con los requisitos de fabricación, un responsable de proyecto colaborará con usted para proporcionarle información en cada paso del proceso.

En todo momento, puede ponerse en contacto con un ingeniero de aplicaciones de Protolabs llamando al +34 932 711 332 o escribiendo a [email protected] y tratar más a fondo su diseño de impresión 3D en metal. Si tiene un diseño y necesita un presupuesto, simplemente cargue un modelo CAD 3D para empezar.