Cómo afectan los recargadores de fabricación aditiva metálica a la calidad de construcción

27 de julio de 2022 | Tiempo de lectura: 4 min

Elegir una cuchilla de recubrimiento de fabricación aditiva para sus trabajos de impresión 3D en metal puede parecer una decisión difícil de tomar, pero ¿y si le dijéramos que no tiene por qué serlo? Nuestro equipo de investigación ha estado experimentando con combinaciones de recubridores y polvos de fabricación aditiva para ofrecerle una mejor comprensión de cómo afectan a la calidad de sus construcciones.

¿Cuáles son los distintos materiales de revestimiento?

Existen varios tipos de cuchillas de repintado, cada una fabricada con un material diferente y utilizada para un fin distinto. En general, pueden dividirse en dos categorías: blandas y duras.

Las cuchillas de repintado blandas tienen un labio de elastómero o un cepillo de carbono y se utilizan generalmente para proyectos más delicados que requieren un detalle más fino en la pieza acabada. Este tipo de cuchilla puede flexionarse para evitar imperfecciones, lo que reduce el riesgo de interrupciones del trabajo debidas a atascos de la cuchilla, pero esto puede significar que las piezas tengan un acabado menos prístino. Las máquinas de recargue blandas también son eficaces para piezas de alta relación de aspecto con una gran superficie.

Las cuchillas de recargue duro pueden ser de acero rápido (HSS) o de una cuchilla cerámica de óxido de circonio, que es ideal para la fabricación de polvos metálicos magnéticos. Los recubridores duros ofrecen un mayor nivel de calidad y repetibilidad de las piezas, al tiempo que mejoran el desarrollo de materiales y procesos, por lo que son la opción preferida para las impresoras EOS 3D. Aunque es más probable que se produzcan atascos porque la cuchilla no es tan indulgente como la de un recubridor blando, un recubridor duro no es la mejor opción cuando hay que construir estructuras finas.

Pruebas de los recubridores de fabricación aditiva

Para averiguar si una combinación diferente de recubrimiento de fabricación aditiva y polvo metálico tiene algún impacto en la calidad final de una construcción, elegimos tres recubrimientos y tres materiales de impresión para una serie de pruebas comparativas.

Los tres metales elegidos fueron EOS Aluminio AlSi10Mg, EOS Titanio Ti64 y EOS Acero Maraging MS1. Seleccionamos estos tres polvos metálicos concretos, ampliamente utilizados, porque cada uno tiene propiedades distintas. El polvo de aluminio es una aleación ligera que se utiliza con frecuencia en aplicaciones aeroespaciales y de movilidad, mientras que el titanio es un material mucho más denso y robusto que se emplea en diversas industrias, sobre todo en la producción de implantes médicos. El polvo de acero es nuestro material magnético más utilizado en la fabricación de herramientas. Los factores diferenciadores clave de estos polvos, en lo que respecta a nuestro experimento, son sus densidades variables y la distribución de las partículas de polvo, lo que nos permitiría observar cómo afectan los distintos recubridores a una gama de tipos de polvo.

Cada metal se probó con los mismos recuperadores blandos: el labio de silicona y el cepillo de carbono. Debido a sus propiedades magnéticas, el polvo de acero se probó con una cuchilla dura de cerámica, mientras que los otros dos se emparejaron con el recoater HSS.

Trazamos varias construcciones normalizadas para poder compararlas directamente. Se dispuso una serie de formas simples, como cilindros en varias orientaciones y cubos, para el primer diseño de trabajo. Este trabajo se ejecutó siete veces en total, una por cada combinación de revestimiento y polvo, más una versión estándar de "control".

Un segundo trabajo también se diseñó específicamente para probar las cuchillas de elastómero para la impresión de detalles finos. Las piezas de este trabajo incluían la adición de una bola de celosía y una torre de ajedrez con una estructura interior de filigrana para aprovechar al máximo las capacidades de los recubridores. Para este segundo trabajo, la mitad de la plataforma de construcción se dejó vacía intencionadamente para que pudiéramos observar cómo la cuchilla dañada afectaba al lecho de polvo después de completar las piezas.

¿Qué hemos encontrado?

En pocas palabras, no encontramos ninguna diferencia real entre los distintos recubrimientos, independientemente de la pólvora metálica utilizada. Esto no quiere decir que no hubiera ninguna diferencia entre las piezas producidas, simplemente que cualquiera que fuera el recuperador utilizado con un determinado polvo no dio lugar a ninguna diferencia discernible. Cuando se utilizó cada recuperador al imprimir con el polvo de titanio, por ejemplo, todas las piezas construidas fueron bastante consistentes.

Se evaluaron tres aspectos principales en cada modelo para determinar las posibles diferencias. En primer lugar, examinamos el rendimiento de la cuchilla de la recubridora para discernir si alguna combinación de recubridora y polvo tenía más probabilidades de atascarse. En segundo lugar, examinamos la calidad general de las piezas acabadas para ver si alguna se diferenciaba de las demás: las propiedades mecánicas y la porosidad de las piezas construidas. Y, en tercer lugar, analizamos el lecho de polvo después de la fabricación para identificar cualquier alteración en el material de fabricación, como "aglomeraciones" de polvo, en las que polvos de distintas densidades pueden reaccionar de forma diferente al recubrimiento elegido.

En todas las combinaciones de recubrimiento y polvo, comprobamos que el rendimiento de la impresora, la calidad de fabricación y la integridad del lecho de polvo estaban dentro de los parámetros necesarios para una "buena fabricación". Se observaron algunas discrepancias menores que, según nuestra hipótesis, podrían deberse a un cambio de lote de material.

¿Qué hemos aprendido?

A través de esta investigación hemos determinado que, desde el punto de vista de la calidad de fabricación, no importa qué combinación de polvo metálico y recubrimiento utilice. Lo que importa es la finalidad prevista de la pieza que está creando. Cada uno de los polvos metálicos y recubrimientos probados ofrece ventajas para diferentes aplicaciones prácticas. Utilizar el metal adecuado para la pieza adecuada es el objetivo principal, mientras que utilizar un recubrimiento que permita a la pieza rendir al máximo le sigue de cerca.

A partir de las pequeñas imperfecciones observadas, ahora tenemos curiosidad por continuar nuestra investigación para ver cómo puede afectar al rendimiento de las piezas fabricadas de un trabajo a otro cualquier posible contaminación derivada del cambio de polvos y recubrimientos en la impresora 3D. En esto se va a centrar nuestra próxima fase de investigación: Realizar un análisis químico de las piezas y del lecho de polvo para ver si hay algún tipo de contaminación, y determinar si esto afecta a las aplicaciones prácticas a largo plazo de las piezas fabricadas utilizando diferentes combinaciones de recubrimiento y polvo.

Para obtener más información sobre los detalles de nuestra investigación sobre la calidad de construcción de varias combinaciones de recubrimiento metálico y polvo, descargue nuestro artículo técnico.