Visión general
La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, utiliza polvos metálicos para construir componentes capa por capa a partir de modelos digitales. El polvo actúa como materia prima y se funde, sinteriza o une de forma selectiva mediante fuentes de calor de precisión guiadas por las geometrías CAD.
Entre los procesos de AM más populares para metales se encuentran el chorro de aglutinante, la deposición de energía dirigida, la fusión de lecho de polvo y la laminación de láminas. Cada técnica requiere un polvo con unas características específicas para lograr una densidad, un acabado superficial, una precisión dimensional y unas propiedades mecánicas óptimos en las piezas impresas.
Esta guía proporciona una visión en profundidad del polvo metálico para AM, incluyendo opciones de aleación, métodos de producción, propiedades clave del polvo, aplicaciones, especificaciones, proveedores y consideraciones de compra a la hora de abastecerse de material. Las útiles tablas comparativas resumen los datos técnicos para facilitar la selección y cualificación del polvo.
El abastecimiento de polvo AM optimizado permite a los fabricantes mejorar la calidad de impresión, reducir los defectos y aprovechar al máximo las ventajas de la impresión 3D, como la libertad de diseño, la iteración más rápida y la consolidación de piezas. La conexión con proveedores expertos simplifica la cualificación de las materias primas.
Opciones de aleación para polvo AM
Existe una amplia gama de metales y aleaciones disponibles como materia prima en polvo optimizada para los procesos de impresión 3D:
Sistemas de aleación comunes para Fabricación aditiva en polvo
- Aceros inoxidables
- Aceros para herramientas
- Titanio y aleaciones de titanio
- Aleaciones de aluminio
- Superaleaciones de níquel
- Aleaciones de cobalto-cromo
- Metales preciosos como oro, plata.
- Aleaciones exóticas como cobre, tantalio, wolframio
Se pueden obtener aleaciones estándar y personalizadas para satisfacer necesidades específicas en cuanto a resistencia a la corrosión, resistencia, dureza, conductividad u otras propiedades.
Métodos de producción de polvo metálico para AM
La fabricación aditiva utiliza polvo metálico producido mediante:
Métodos típicos de fabricación de polvo metálico para AM
- Atomización de gas
- Atomización del agua
- Atomización por plasma
- Electrólisis
- Proceso del hierro carbonilado
- Aleación mecánica
- Hidruración/deshidruración de metales
- Esferoidización del plasma
- Granulación
Los polvos atomizados esféricos proporcionan el flujo óptimo y el empaquetamiento denso necesarios para la mayoría de los procesos de AM. Algunas técnicas permiten partículas de aleación a nanoescala o personalizadas.
Características principales del polvo metálico AM
Las características críticas del polvo para la AM incluyen:
Metal Fabricación aditiva en polvo Propiedades
| Característica | Valores típicos | Importancia |
|---|---|---|
| Distribución granulométrica | 10 a 45 micras | Afecta a la densificación y al acabado superficial |
| Forma de las partículas | Esférica | Mejora el flujo y el empaquetado del polvo |
| Densidad aparente | 2 a 4 g/cc | Influencia de la densidad del lecho de polvo |
| Densidad del grifo | 3 a 6 g/cc | Indica la compresibilidad |
| Caudal Hall | 25-50 s/50g | Garantiza una distribución uniforme del polvo |
| Pérdida en el encendido | 0.1-0.5% | El bajo contenido de humedad mejora la impresión |
| Contenido de oxígeno | <0,1% | Minimiza los defectos de los óxidos |
Controlar con precisión características como el tamaño, la forma y la composición química de las partículas es fundamental para conseguir piezas de AM totalmente densas con las propiedades deseadas.
Aplicaciones del polvo metálico AM
La fabricación aditiva permite geometrías complejas imposibles con las técnicas convencionales:
Aplicaciones de la fabricación aditiva de metales
| Industria | Utiliza | Beneficios |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Palas de turbina, estructuras | Libertad de diseño, reducción de peso |
| Médico | Implantes, prótesis, instrumental | Formas personalizadas |
| Automoción | Aligeramiento de prototipos y herramientas | Iteración rápida |
| Defensa | Piezas de drones, estructuras de protección | Prototipos rápidos y tiradas cortas |
| Energía | Intercambiadores de calor, colectores | Consolidación de piezas y optimización de la topología |
| Electrónica | Blindaje, dispositivos de refrigeración, EMI | Estructuras cerradas complejas |
El aligeramiento, la consolidación de piezas y las aleaciones de alto rendimiento para entornos extremos ofrecen ventajas clave sobre los métodos de fabricación tradicionales.
Especificaciones del polvo metálico AM
Las especificaciones internacionales ayudan a normalizar las características del polvo AM:
Normas sobre polvo metálico para la fabricación aditiva
| Estándar | Alcance | Parámetros | Métodos de ensayo |
|---|---|---|---|
| ASTM F3049 | Guía para la caracterización de metales AM | Muestreo, análisis del tamaño, química, defectos | Microscopía, difracción, SEM-EDS |
| ASTM F3001-14 | Aleaciones de titanio para AM | Tamaño de las partículas, química, flujo | Tamizado, SEM-EDS |
| ASTM F3301 | Aleaciones de níquel para AM | Análisis de la forma y el tamaño de las partículas | Microscopía, análisis de imágenes |
| ASTM F3056 | Acero inoxidable para AM | Química, propiedades del polvo | ICP-OES, picnometría |
| ISO/ASTM 52921 | Terminología estándar para polvos AM | Definiciones y características del polvo | Varios |
El cumplimiento de las especificaciones publicadas garantiza una materia prima en polvo repetible y de alta calidad para aplicaciones críticas.
Global Suppliers of AM Metal Powder
Entre los principales proveedores internacionales de polvos metálicos optimizados para AM figuran:
Metal Powder Manufacturers for Additive Manufacturing
| Proveedor | Materiales | Tamaño típico de las partículas |
|---|---|---|
| Sandvik | Acero inoxidable, acero para herramientas, aleaciones de níquel | 15-45 micras |
| Praxair | Titanio, superaleaciones | 10-45 micras |
| AP&C | Aleaciones de titanio, níquel y cobalto | 5-25 micras |
| Aditivo para carpinteros | Cromo cobalto, inoxidable, cobre | 15-45 micras |
| Tecnología LPW | Aleaciones de aluminio, titanio | 10-100 micras |
| EOS | Acero para herramientas, cromo-cobalto, inoxidable | 20-50 micras |
Muchos se centran en polvos esféricos finos diseñados específicamente para los métodos habituales de AM, como el chorro de aglutinante, la fusión de lecho de polvo y la deposición de energía dirigida.
Purchasing Considerations for AM Metal Powder
Key aspects to discuss with suppliers:
- Composición y propiedades deseadas de la aleación
- Distribución del tamaño y forma de las partículas objetivo
- Densidad de la envolvente y fluidez de la nave
- Niveles de impurezas admisibles, como oxígeno y humedad
- Datos de ensayo requeridos y caracterización del polvo
- Gama de cantidades disponibles y plazos de entrega
- Special handling precautions for pyrophoric alloys
- Sistemas de calidad y trazabilidad del origen del polvo
- Technical expertise in AM powder requirements
- Logística y mecanismos de entrega
Work closely with suppliers experienced in AM-specific powders to ensure ideal material selection for your process and components.
Pros and Cons of AM Metal Powder
Benefits vs Limitations of Metal Powder for Additive Manufacturing
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Permite geometrías complejas y personalizadas | Mayor coste que los materiales convencionales |
| Acorta drásticamente el tiempo de desarrollo | Precauciones necesarias para la manipulación del polvo |
| Simplifica montajes y aligera pesos | A menudo es necesario un tratamiento posterior de las piezas impresas. |
| Consigue propiedades cercanas a las de los materiales forjados | Limitaciones de tamaño y volumen de construcción |
| Eliminates expensive tooling | Las tensiones térmicas pueden provocar grietas y deformaciones |
| Permite la consolidación de piezas y la optimización de la topología | Volúmenes de producción inferiores a los de los métodos tradicionales |
| Mejora enormemente la relación compra-vuelo | Requiere una caracterización rigurosa del polvo y el desarrollo de parámetros |
Cuando se utiliza adecuadamente, la AM metálica ofrece ventajas revolucionarias, pero su aplicación requiere conocimientos especializados.
Preguntas frecuentes
How small can particle size be for metal additive manufacturing?
Las técnicas de atomización especializadas pueden producir polvo de hasta 1-10 micras, aunque la mayoría de las impresoras de metales funcionan mejor con un tamaño mínimo de unas 15-20 micras para un buen flujo y empaquetado.
¿Cuáles son las causas de un mal acabado superficial en las piezas metálicas impresas?
La rugosidad de la superficie se debe a que el polvo parcialmente fundido se adhiere a las superficies, a las salpicaduras, a los escalones y a unas características del baño de fusión que no son las óptimas. El uso de polvos más finos y el ajuste de los parámetros de procesamiento ideales suavizan el acabado.
¿Todos los métodos de impresión 3D en metal funcionan con los mismos polvos?
Aunque hay solapamientos, el chorro de ligante suele utilizar una distribución de tamaños de polvo más amplia que la fusión de lecho de polvo. Algunos procesos se limitan a determinadas aleaciones en función de los puntos de fusión o la reactividad.
¿Cómo se fabrican los polvos mixtos o bimetálicos?
Prealloyed powders ensure uniform properties but for composites, physical powder blending or specialized atomization techniques provide custom blended elemental powder mixes.
¿Cuánto se tarda en cambiar el material en polvo en una impresora de metal?
Una purga completa y un cambio entre aleaciones muy diferentes suele requerir entre 6 y 12 horas. Los cambios rápidos entre materiales similares pueden durar menos de una hora.
Conclusión
Optimized metal powders enable additive manufacturing processes to construct complex, robust metal components with superior properties. Matching alloy chemistry and powder characteristics to the printing method and component performance requirements is critical to high quality results. By partnering with experienced powder suppliers, end users leverage expertise in both powder production and 3D printing processes to develop parts faster and more reliably. Continued advances in metal powders help drive increased adoption of additive techniques across critical industries.
