La fabricación aditiva está cobrando creciente relevancia como un proceso capaz de fabricar componentes muy complejos de forma rápida y directa.
En artículos anteriores ya hemos mencionado algunas ventajas y aplicaciones de la fabricación aditiva y también hemos explicado cómo funciona el proceso de fabricación aditiva paso a paso.
En esta ocasión, hablaremos de las familias en las que se clasifican las tecnologías de fabricación aditiva (FA) de acuerdo con las normas ISO/ASTM y mencionaremos algunas de dichas tecnologías (englobadas en cada familia).
Las principales familias de fabricación aditiva
Según la norma anteriormente mencionada, las tecnologías de fabricación aditiva se agrupan en 7 familias:
- Fotopolimerización (Photomolimerization)
- Extrusión de material(Material extrusion)
- Inyección de material(Material jetting)
- Inyección de aglutinantes (Binder jetting)
- Fusión de lecho de polvo(Powder bed fusion)
- Deposición directa de energía (Direct energy deposition)
- Laminación de hojas (Sheet lamination)
En Mizar Additive somos especialistas en extrusión de material, inyección de material y fusión de lecho de polvo, cada una de ellas con sus correspondientes tecnologías.
Veamos las características y las tecnologías de cada una de estas familias.
Extrusión de material
La extrusión de material consiste en depositar el polímero en forma de filamento a través de la boquilla calentada que se encuentra en un cabezal móvil. La cama donde se va a crear el objeto se mueve verticalmente mientras que la boquilla lo hace horizontalmente, permitiendo que el material fundido construya el objeto capa a capa.
La correcta adhesión de las capas se produce mediante un control preciso de la temperatura o del uso de agentes de unión química (pegamento industrial).
En esta familia encontramos el proceso aditivo FDM (Fused Deposition Modeling). Se trata de un proceso de fabricación utilizado generalmente para el modelado de prototipos y la producción a pequeña escala, que consiste en depositar el material en capas hasta conformar la pieza.
El proceso de fabricación por FDM
Para iniciar el proceso se introduce el filamento de plástico o metal en una boquilla que anteriormente ha sido recogido en una bobina. La boquilla está por encima de la temperatura de fusión del material del filamento y la mueven motores a pasos o servomotores. Existen diversas opciones de combinación de boquilla, plataforma y motores.
El proceso de moldeado por deposición comienza con software, que parte de un fichero estereolitográfico (en formato .STL) . Este está orientado para poder ser impreso y dividido en capas. En caso de ser necesario, se generan estructuras de soporte temporales que, tras finalizar la operación de la pieza, son retiradas.
Inyección de material (Material jetting)
El Material jetting o MJ es una de las tecnologías aditivas más rápidas y precisas. Esta tecnología se basa en la deposición selectiva de una mezcla de material fotopolímero en gotas sobre una plataforma.
Esto permite crear capas de una sola pasada para su curado y solidificación mediante una luz UV. Dicho de otra manera, construye piezas utilizando gotas de fotopolímero líquido que se solidifican con luz ultravioleta.
Mizar Additive es especialista en la tecnología con el mismo nombre (Material jetting); a continuación, explicamos cómo es el proceso de fabricación por MJ.
El proceso de fabricación por MJ
En la tecnología de inyección de material, el proceso de fabricación de cada capa se divide en dos etapas diferenciadas:
- Primera etapa: inyección de polímeros foto reactivos en estado líquido.
En esta primera fase el material se inyecta mediante unas boquillas múltiples en las zonas de la plataforma donde es necesario para la construcción de la pieza incluyendo estructuras de soporte.
- Segunda etapa: solidificación del material mediante luz UV
En esta segunda fase, a la vez que se va depositando el material en estado líquido, unas lámparas que emiten luz UV comienzan la foto polimerización de este para llevarlo a un estado sólido.
Powder bed fusion
La fusión por lecho de polvo consiste en fundir partículas de polvo metálico a través de una fuente de calor, un láser o un haz de electrones, para formar así piezas complejas mediante la superposición de capas fundidas.
Entre las tecnologías PBF existentes, en Mizar nos hemos especializado en las siguientes:
- Selective laser melting (SLM), empleando polvo metálico
- Electron beam melting (EBM), empleando polvo metálico
- Selective laser sintering (SLS), empleando polvo polimérico
La tecnología PBF utiliza un láser o un haz de electrones para fusionar el polvo del material.
La fusión selectiva por láser SLM es un proceso similar al SLS, pero debido a la diferencia de temperaturas de fusión de los materiales poliméricos y metálicos existen ciertas diferencias en el proceso.
Como ejemplo, en el apartado polimérico (SLS) la cámara de trabajo se precalienta hasta algunos grados por debajo de la temperatura de fusión del material. De esta manera, el láser aporta muy poca energía para terminar fundiendo el material. Al existir una gran estabilidad térmica y apenas gradiente, la zona a fundir no sufre tensión interna posibilitando la fabricación de piezas sin soportes o andamiajes.
Por el contrario, en el proceso metálico SLM, debido a las altas temperaturas de fusión del material, no es posible trabajar a temperaturas próximas. Esto hace que la pieza sufra mucha tensión interna y necesite estar soportada para evitar las deformaciones durante su fabricación. Una vez terminado el proceso, estos soportes o tirantes no deben ser retirados hasta llevar a cabo un proceso de alivio de tensiones.
Ambos procesos emplean un gas inerte (generalmente Argón o Nitrógeno) para evitar la oxidación de los materiales durante su fundido.
Por último, el proceso de fusión por haz de electrones EBM emplea la proyección de electrones para alcanzar las temperaturas de fusión del material. En este caso la cámara de trabajo se encuentra a una temperatura aproximada de 800-900ºC. Esto evita la generación de tensiones internas, pero es necesario el uso de unos soportes que actúen como disipación de energía al fundir la capa correspondiente.
Proceso de fabricación de PBF
Como en cualquier proceso de fabricación aditiva el diseño de una pieza comienza con la creación del modelo mediante un software. La pieza se corta en diferentes capas con un grosor aproximado de entre 20 y 60 micras.
Tras eso, los pasos son los siguientes:
- La impresora llena una cámara de gas inerte y luego la calienta a la temperatura de impresión adecuada.
- Se deposita una capa fina de polvo en la bandeja en relación con la altura definida previamente por el software de la máquina. El láser barre la sección transversal de la pieza, fusionando las partículas metálicas. Una vez terminada la capa, se baja la bandeja y se añade otra capa de polvo, repitiendo el proceso hasta que se obtiene la pieza final.
- Por último, la impresora se debe enfriar para retirar el polvo no fusionado del contenedor y limpiar la parte impresa.
En Mizar estamos especializados en el diseño y producción de todo tipo de componentes personalizados. Disponemos de un equipo de profesionales cualificados y maquinaria avanzada, además de invertir en un esfuerzo constante de I+D.
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