¿Qué es DMLS?
DMLS es la abreviatura de Direct Metal Laser Sintering, que es un proceso de fabricación aditiva de metal que pertenece a la impresión 3D de fusión de lecho de polvo. En el proceso DMLS, un sistema láser escaneará y fusionará selectivamente partículas de polvo de metal, las unirá para construir partes capa por capa. Los materiales utilizados en este proceso son metales en forma granular. Estos materiales tienen puntos de fusión variables, que pueden fusionarse a nivel molecular a temperaturas elevadas. La tecnología DMLS se aplica para la producción de aleaciones metálicas. Describiremos el mecanismo básico del proceso DMLS y sus beneficios y limitaciones en este artículo.
Cómo funciona DMLS
Proceso de fabricación de DMLS:
- La cámara de construcción se llena con gas de inserción como el argón, para minimizar la oxidación del polvo metálico a la temperatura óptima de construcción.
- Se extiende una capa delgada de polvo metálico sobre la plataforma de construcción, luego el sistema láser escaneará la sección transversal del componente, derritiendo o fusionando el polvo metálico para crear una nueva capa. Como se escanea toda el área del modelo, las partes finales son completamente sólidas.
- Una vez que se completa el proceso de escaneo, la plataforma de construcción se moverá hacia abajo en el grosor de una capa y luego volverá a recubrir otra capa delgada de polvo metálico. Este proceso se repite hasta completar toda la pieza.
Una vez finalizado este proceso de fabricación, las piezas se encapsulan en polvo metálico. La estructura de soporte se crea con el mismo material que las piezas, se requiere para evitar deformaciones y distorsiones en altas temperaturas de procesamiento.
Luego, la plataforma de construcción se enfriará a temperatura ambiente, la energía metálica restante se eliminará manualmente. Las piezas impresas de una plataforma de construcción necesitarán un tratamiento térmico para aliviar las tensiones residuales. Finalmente se utilizan métodos de corte o mecanizado para separar los componentes finales.
Características de DMLS
Parámetros de la impresora DMLS
En DMLS, el fabricante de la máquina establece casi todos los parámetros del proceso. La altura de la capa en DMLS varía entre 20 y 50 micrones, que depende de las propiedades del polvo metálico, como la fluidez, la distribución del tamaño de la potencia y las formas.
El tamaño típico del sistema DMLS es de 250×150×150 mm, el precisión de la dimensión es de aproximadamente ±0,1 mm. DMLS es ampliamente demandado para la producción de lotes pequeños, ya que las piezas siempre se unen a las plataformas de construcción, está restringida por el área de impresión de dirección X e Y.
El polvo de metal en DMLS es altamente reciclable, solo se desperdicia menos de 5%. Después del proceso de impresión, el polvo sin sinterizar se recolectará, tamizará y luego se llenará con materiales frescos para la próxima impresión. El único desperdicio es el estructura de soporte, que es crucial para completar con éxito las piezas finales. Esto aumentará drásticamente la cantidad de materiales y el costo.
Adhesión de capas
Las piezas DMLS tienen propiedades mecánicas y térmicas casi isotrópicas, hay muy poca porosidad interna en la superficie sólida, la porosidad es inferior a 0,2 a 0,51 TP2T en estado sinterizado. Después del procesamiento térmico, esto se reducirá a casi cero. Las piezas DMLS tienen propiedades mecánicas superiores y mayor dureza, pero son más propensas a la fatiga. Debido a que el polvo metálico tiene forma granular, la rugosidad de la superficie de las piezas DMLS es de aproximadamente 6 a 10 micrones. Esto también determina la menor resistencia a la fatiga de las piezas finales.
Estructura de soporte y orientación de la pieza
Estructura de soporte se requiere en el proceso DMLS, debido a la alta temperatura de procesamiento.
Funciones de la estructura de soporte de DMLS:
- Proporcione una plataforma adecuada para la siguiente capa.
- Ancle las piezas a la placa de construcción para evitar deformaciones.
- Retire el calor de las piezas impresas, como los disipadores de calor, controle la tasa de enfriamiento a la velocidad adecuada.
Las piezas DMLS deben orientarse con ángulo para minimizar la probabilidad de deformación y maximizar la resistencia en direcciones críticas. No hay duda de que esto aumentará el tiempo de impresión, el desperdicio de material y el costo total. La deformación también se puede minimizar mediante patrones de escaneo aleatorios, esto evitará la tensión residual en cualquier dirección particular y también agregará una textura superficial característica.
Como alto costo de DMLS, las simulaciones se utilizan para predecir el comportamiento de impresión. Los algoritmos de optimización de topología se pueden utilizar para maximizar el rendimiento mecánico y crear piezas ligeras, minimizar la necesidad de estructura de soporte y la probabilidad de deformación.
Secciones huecas y estructura ligera
DMLS no puede usar grandes secciones huecas como difícil remoción de la estructura de soporte. Para canales internos mayores de 8 mm de diámetro, recomendamos aplicar secciones transversales de diamante o lágrima en lugar de circulares, por lo que estas características no necesitan estructuras de soporte.
El diseño de pieles y núcleos en DMLS es una alternativa a las secciones huecas. Este diseño se puede procesar con diferentes polvos láser y velocidades de escaneo para crear diferentes propiedades del material. Este proceso es muy útil para la fabricación de grandes secciones sólidas, reducirá el tiempo de impresión y la probabilidad de deformación, y producirá piezas con alta estabilidad y excelente calidad superficial.
La estructura de celosía es una estrategia común en DMLS para reducir el peso de las piezas, los algoritmos de optimización de topología pueden ayudar al diseño de formas orgánicas ligeras.
Materiales comunes de DMLS
DMLS puede producir varias piezas de una amplia gama de aleaciones metálicas, que incluyen aluminio, acero inoxidable, titanio, cromo cobalto. Estos materiales satisfarán la mayoría de los requisitos de las aplicaciones industriales. El costo del polvo metálico es muy alto, por lo que debemos minimizar el volumen de las piezas y la estructura de soporte.
La fortaleza clave de DMLS es su compatibilidad con aleaciones metálicas de alta resistencia, como las superaleaciones de níquel o cobalto-cromo, estas aleaciones son difíciles de fabricar con métodos tradicionales. La tecnología DMLS ahorrará costos y tiempo de manera significativa, y puede procesarse posteriormente para obtener acabados de superficie de alta calidad.
| Material | Características | |
| Ventajas | Desventajas | |
| Aleaciones de aluminio | Buenas propiedades mecánicas y térmicas Baja densidad Buena conductividad eléctrica | Baja dureza |
| Acero inoxidable | Alta resistencia al desgasteGran durezaBuena ductilidad y soldabilidad | |
| Aleaciones de titanio | Resistencia a la corrosiónExcelente relación resistencia-pesoBiocompatible | |
| Superaleaciones de cromo-cobalto | Excelente resistencia al desgaste ya la corrosiónGrandes propiedadesAlta durezaBiocompatible | |
| Superaleaciones de níquel | Excelentes propiedades mecánicas Alta resistencia a la corrosión Resistencia a la temperatura a 1200 ℃ | |
| Metales preciosos | aplicación de joyería | No ampliamente disponible |
Postprocesamiento
Se aplican diversas tecnologías de posprocesamiento para mejorar las propiedades, la precisión y la apariencia de las piezas DMLS. Los pasos de procesamiento posterior obligatorios incluyen la eliminación de polvo suelto, la eliminación de la estructura de soporte, mientras que el tratamiento térmico como el recocido térmico se utiliza para aliviar la tensión residual y mejorar las propiedades mecánicas. Mecanizado CNC se puede aplicar para características cruciales como agujeros o roscas. El granallado, el metalizado, el pulido y el micromecanizado mejorarán la calidad de la superficie de las piezas y la resistencia a la fatiga.
Beneficios de DMLS & Limitaciones
Beneficios de DMLS:
- DMLS puede producir piezas personalizadas con geometrías complejas, que el método de fabricación tradicional no puede producir.
- Las piezas DMLS se pueden optimizar topológicamente para maximizar el rendimiento y minimizar el peso total.
- Las piezas DMLS tienen excelentes propiedades físicas, los materiales disponibles incluyen superaleaciones metálicas, que son difíciles de procesar.
Limitaciones de DMLS:
- El material DMLS y el costo de fabricación son muy altos, no es adecuado para una fácil fabricación con métodos tradicionales.
- El tamaño de construcción de DMLS es limitado, ya que las condiciones de producción precisas y el control del proceso.
- Se requiere un ajuste de diseño para adaptarse al proceso DMLS.