Construir sin apoyo

30 de septiembre de 2021 | Tiempo de lectura: 5 min

La construcción sin soportes o con un mínimo de soportes es un tema candente en la fusión de lechos de polvo metálico. La razón es evidente: Reducción de costes. El número de soportes no sólo influye en el postprocesado, sino también en el tiempo de construcción y el consumo de material.
 

Guía paso a paso

Para estructurar el artículo, utilizaré el enfoque del Design Thinking. En primer lugar, me gustaría hacer hincapié en el aspecto del diseño.

Definir
Para evitar apoyos en su aplicación debemos preguntarnos por su finalidad. Los tres motivos de los apoyos son:

• Transferencia de calor
• Tensión residual
• Fuerzas de recuperación

Transferencia de calor: Debido a la menor conductividad térmica del polvo en comparación con el material sólido, el aporte de energía debe adaptarse en las zonas salientes. Como he mostrado en el artículo anterior, el tema de la transferencia de calor puede mitigarse con una estrategia de exposición DownSkin adaptada y parámetros de proceso optimizados.

Tensión residual: Dado que la fusión de lechos de polvo metálico suele ser lo que llamamos un proceso en frío, la tensión residual es el resultado de las leyes de la física. La tensión se produce por el gradiente de temperatura debido al aporte de energía concentrado localmente, así como por la diferencia de temperatura entre las capas que acaban de solidificarse y las que ya se han enfriado por debajo. La contracción del material también se ve parcialmente frenada por el material solidificado previamente y puede provocar distorsiones.

En lugar de trabajar en la causa de la tensión residual aumentando la temperatura de fabricación (con el inconveniente de una mayor captación de oxígeno) o con estrategias de escaneado especiales (con inconvenientes en las propiedades mecánicas o la productividad) es más fácil compensar los efectos derivados. Las soluciones son la predeformación o, si es posible, diseños menos propensos a la deformación. A continuación puede ver dos ejemplos simulados con Amphyon de Additive Works: Una placa plana y un cono invertido. Ambas piezas tienen dimensiones similares (50 mm de diámetro frente a 50 x 50 mm). Se puede ver claramente que el cono muestra menos deformación debido a su geometría. Comienza en un punto y luego crece continuamente en dirección z. Además, la forma circular en las capas x-y actúa como autoestabilizador.

Fuerzas de recubrimiento: Durante el repintado, actúan fuerzas sobre la pieza mientras se esparce el polvo. Si una pieza no está conectada a la placa base, será barrida por la recauchutadora. Dependiendo de la geometría y del proceso, estas fuerzas serán mayores o menores. El uso de una repintadora suave es una opción, especialmente para las piezas filigranas, pero sólo una repintadora dura puede garantizar un espesor de capa constante. La experiencia lo dice: Si se puede construir con una máquina de revestimiento duro, se puede construir fácilmente con una máquina de revestimiento blando. Por ello, la siguiente prueba se ha realizado con un repintador duro (cuchilla HSS).
 

Ideate
Las soluciones típicas para reducir el efecto de las fuerzas de repintado son, por ejemplo, los soportes de apuntalamiento, que suelen utilizarse para barras de tracción altas con el fin de aumentar la estabilidad de los trabajos de impresión reduciendo la vibración de las barras de tracción durante el repintado. Si desarrollamos aún más el concepto de soportes de puntal, podemos utilizar un armazón para proteger y estabilizar una pieza. De este modo, no sería necesaria ninguna conexión a la placa base.

Para empezar con un ejemplo sencillo, podemos empezar con los conos. Un simple booleano con una holgura de 0,2 mm proporcionará una separación lo suficientemente grande como para evitar la fusión de la pieza y la carcasa.

Prototipo
Los conos se han construido EOS M 290 en EOS Titanium Ti64 y eran fácilmente desmontables a mano.

Se podría argumentar que el volumen del armazón es mayor que el volumen de la pieza. Por lo tanto, es necesario seguir optimizando para encontrar la configuración más beneficiosa. Al principio, no hay que envolver toda la pieza, sino sólo una zona determinada. La fricción entre la pieza y la envoltura debe ser suficiente para mantenerla en su sitio, incluso en el caso de piezas altas. Otra idea es apilar las piezas y utilizar la anterior como envoltura de la siguiente.

Prueba
Pasemos a un diseño más avanzado e incluso incorporemos el apilamiento. Ya que se acerca la Navidad, ¿qué tal un árbol de Navidad diseñado con Siemens NX y adornado con nTopology? Al darle la vuelta, el árbol es autoportante y el tronco puede servir de armazón para el siguiente árbol. Se puede ver un pequeño solapamiento de 0,1 mm en dirección x-y entre la celosía y las partes sólidas para asegurar una buena conexión.

Para expertos en nTopology: No, no exporté la celosía como malla, esto es sólo para las fotos.

Implementación
Mi artículo cubría los cinco primeros pasos desde Empatizar hasta Probar, pero Additive Minds también puede ayudarle con la implementación. Ya hay grandes ejemplos por ahí que utilizan un mínimo o ningún apoyo.