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AM para la sostenibilidad

16 DE SEPTIEMBRE DE 2021 | Tiempo de lectura: 5 min | Autor: Ho Kei-Leong

La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D industrial, suele considerarse sostenible por la eficiencia de los materiales, la reducción del consumo de energía, la producción localizada, la personalización y la optimización del diseño, la reciclabilidad y la reducción de los requisitos de utillaje, entre otros. Aunque la fabricación aditiva tiene intrínsecamente estas ventajas de sostenibilidad, sigue habiendo muchos retos.

En el mundo del DMLS ("Direct Metal Laser Melting"), la necesidad de estructuras de soporte durante el proceso de impresión sigue siendo uno de los mayores retos. Con la ayuda de una gestión térmica avanzada, es posible reducir las estructuras de soporte ajustando la potencia del láser. Las estructuras de soporte son esenciales para evitar que los elementos salientes o intrincados se deformen o colapsen al aplicar las capas metálicas. Aunque las estructuras de soporte son fundamentales para el éxito del proceso de impresión, también generan ineficiencias y residuos en forma de material, postprocesado y mayor consumo de energía.

Para hacer frente a estos retos, investigadores y fabricantes trabajan en el desarrollo de estructuras de soporte más eficientes que optimicen el proceso de impresión en su conjunto. Uno de los enfoques más eficientes e innovadores es la implantación de sistemas de supervisión y control en tiempo real para ayudar a identificar y solucionar problemas durante el proceso de impresión, creando así un sistema de bucle cerrado para realizar ajustes en tiempo real.

EOS Smart Fusion

Introducción

EOS Smart Fusion es una solución de control de retroalimentación de bucle cerrado asistida por monitorización en tiempo real y ajustes de proceso adaptativos para ayudar a la impresión de piezas con soportes mínimos. Se desarrolló como un método de gestión térmica inteligente, adaptado a los fabricantes para permitir la impresión de componentes con un soporte mínimo. Esto reduce el tiempo de fabricación, el tiempo de postprocesado y el desperdicio de material. Basado en una combinación de hardware y software de tomografía óptica para obtener información sobre el proceso a través de una cámara de infrarrojos cercanos de alta resolución, Smart Fusion registra y mide la entrada de energía en tiempo real para facilitar un análisis más preciso de las distintas capas de construcción.

Con el fin de probar la premisa de Smart Fusion frente a nuestra construcción de referencia junto con otro software de terceros disponible en el mercado, se llevó a cabo un estudio con nuestro socio de investigación, el Centro Avanzado de Remanufactura y Tecnología (ARTC) de A*STAR, con sede en Singapur. El objetivo era proporcionar datos concluyentes para cuantificar las mejoras conseguidas. La validación del impacto en la sostenibilidad y el etiquetado de la fabricación aditiva como el futuro de la fabricación sólo pueden lograrse mediante datos empíricos.

La metodología comienza por la exploración tecnológica y la investigación en el mercado de los distintos programas informáticos de impresión sin soporte. Se eligió el acero inoxidable 316L para este estudio, ya que este material es conocido por requerir estructuras de soporte sólidas para imprimir con éxito los componentes.* A continuación, se construyeron cupones en ángulo y un impulsor cerrado demostrativo y se compararon a través de varios enfoques, incluida la cuantificación de la precisión dimensional. El impulsor se seccionó para capturar micrografías del saliente, mientras que los cupones en ángulo se seccionaron para evaluar la rugosidad de la superficie y la porosidad. Por último, se realizó un análisis comparativo de las emisiones de carbono utilizando la calculadora de carbono EOS para examinar las diferencias entre los distintos enfoques. Todos los resultados se destacan en la siguiente tabla e ilustración.

Figura X. Resumen de los resultados experimentales (3 x = mejor rendimiento) ; # 3 x = menor porosidad
  EOS
Estándar
EOS con
Smart Fusion
OEM con
Software A
Voladizo de cupón en ángulo xx xxx x
Precisión dimensional xx xxx x
Rugosidad superficial xx xxx x
Porosidad # xx xxx x
Huella de carbono x xxx Sin datos
Tiempo de impresión x xxx xx
Volumen de soporte x xxx xx

El EOS M 290 se utilizó como referencia para comparar y evaluar 3 enfoques diferentes: una impresión estándar, una impresión estándar con Smart Fusion y una máquina OEM diferente integrada con un software de reducción de soporte de terceros disponible comercialmente denominado "software A" en este estudio. Smart Fusion supera tanto al software disponible comercialmente como al impulsor impreso de forma convencional en la utilización del volumen de soporte, construyendo con éxito la pieza bien a la primera.

La impresión basada en el software A requirió múltiples intentos, necesitando al menos 4 pruebas antes de conseguir imprimir con éxito el impulsor. Con Smart Fusion la pieza se construyó en un tiempo total de procesamiento significativamente menor, requiriendo menos volumen de soportes y una precisión dimensional superior (véase la figura X). La comparación de los cupones en ángulo construidos con Smart Fusion mostró una mejor rugosidad superficial y una porosidad reducida (véase la figura Y). Sorprendentemente, Smart Fusion permitió el ángulo de voladizo más bajo que se asemejaba al modelo CAD del cupón.

El resultado de la evaluación comparativa cuantifica y pone de relieve las sustanciales ventajas de EOS Smart Fusion. En comparación con la impresión metálica convencional, hay una reducción del 38% en el volumen de soporte y la friolera de un 62% en el tiempo de impresión, lo que equivale a casi un día entero. ¡El coste de producción de cada pieza se reduce posteriormente en un 76%! Además, Smart Fusion responde a la llamada de la sostenibilidad y la reducción de la huella de carbono con una reducción del 62% de las emisiones de CO2 durante la impresión (de 29 a 11 kgCO2-eq) y una reducción sustancial del 84% de las emisiones durante el postprocesado (de 187 a 30 kgCO2-eq). 

Con su gestión inteligente del calor, Smart Fusion ofrece un software que permite modificar la tensión residual AM de los metales. Al minimizar la pérdida de material y acortar el tiempo de procesamiento, es posible ahorrar costes y hacer más sostenible la producción. Nuestro objetivo es colaborar con nuestros clientes y socios para probar, implantar y optimizar esta solución, proporcionándoles una ventaja competitiva para aprovechar plenamente las ventajas de la AM. 

A medida que la tecnología siga evolucionando y aumente su adopción, EOS seguirá desarrollando soluciones de AM de vanguardia con la sostenibilidad como objetivo principal, adaptadas a las necesidades del mercado para dar forma al futuro de la fabricación.  

¿Desea obtener más información? No dude en ponerse en contacto con nosotros para hablar en profundidad sobre cómo EOS y Smart Fusion pueden ayudarle a conseguir una fabricación sostenible mediante la fabricación aditiva.

* El acero inoxidable 316L se encuentra actualmente en fase de prueba con Smart Fusion. Por lo tanto, no se dispone actualmente de un proceso estandarizado.

Figura Y. Ángulos de cupón alcanzables

Impresión 3D en metal con EOS Smart Fusion

EOS Smart Fusion es nuestra innovación de software para reducir considerablemente los costes y aumentar la eficacia y la calidad de la impresión 3D en metal. Está disponible con el plan de software EOS Smart Monitoring y requiere un sistema de cámara OT para permitir una gestión térmica avanzada. Esto no solo acelera el proceso de fabricación aditiva de componentes metálicos, sino que también lo optimiza al reducir las estructuras de soporte.

Guía del autoestopista Smart Fusion

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Dominar el reto de la impresión 3D sin soporte

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