Longsheng

La impresión 3D de metal está revolucionando el mundo de la fabricación a una velocidad sin precedentes, liberando a diseñadores e ingenieros de las limitaciones tradicionales. Desde componentes aeroespaciales de alto rendimiento hasta dispositivos médicos individuales y equipos industriales complejos y ligeros, la selección precisa de materiales metálicos es la clave para descubrir estos usos. Este artículo aborda en detalle los principales metales imprimibles en 3D , como las aleaciones de titanio, las aleaciones de aluminio, el acero inoxidable, las aleaciones de alta temperatura, los aceros para herramientas y los metales preciosos , sus propiedades características, los procesos adecuados y sus principales áreas de uso, liberando así el potencial ilimitado de la fabricación aditiva con metales.

Referencia rápida: Elija su grifo de un vistazo

¿Por qué confiar en esta guía? Experiencia práctica de los expertos de LS

En LS, comprendemos a la perfección su agonía al convertir ideas de alta tecnología en piezas metálicas repetibles, y nos identificamos profundamente con ella: control de costos, plazos o incluso los límites exactos de geometrías complejas. Compartiendo su agonía, le prometemos soluciones completas de impresión 3D metálica que van mucho más allá del hardware básico. Además, ponemos a su disposición profesionales altamente capacitados y experimentados. Elija LS y elija un equipo experimentado que comprende sus necesidades y se dedica a guiarle en todo el proceso, de principio a fin, hacia procesos optimizados y una calidad inigualable.

Nuestra experiencia genera valor para usted:

1. Proporcionamos implantes de aleación de titanio personalizados a clientes médicos en un plazo exacto de tres días y a tiempo, reduciendo eficazmente el valioso tiempo de espera del paciente y salvando vidas.
2. Trabajamos con nuestros clientes de la industria aeroespacial para miniaturizar la estructura de los componentes de aleación de aluminio con reducciones sin precedentes del 40 % o más, y les ofrecimos apoyo total durante el proceso para ayudarlos a obtener con éxito certificaciones rigurosas de la industria.
3. De acuerdo con los requisitos de producción de precisión de los principales clientes, fabricamos de manera inmediata y maravillosa accesorios de acero inoxidable y redujimos el tiempo de envío exactamente a la mitad en comparación con los procesos estándar y ahorramos una cantidad considerable de dólares.

LS, con su profesionalismo y experiencia, ofrece capacidad total, permitiéndole resolver problemas de fabricación y capitalizar nuestra propuesta de valor.

Aleación de titanio: el rey de la ligereza y la alta resistencia

Introducción detallada a Ti6Al4V (grados 5 y 23) y otras aleaciones de titanio

Ti6Al4V

También conocida como aleación de titanio TC4 , es una aleación típica de titanio α+β. Su composición química consiste principalmente en: titanio (Ti) como matriz; aluminio (Al) (6%) para mejorar la resistencia y la estabilidad térmica de la aleación; y vanadio (V) (4%) para mejorar la plasticidad y la resistencia a la corrosión. El Ti6Al4V combina numerosas ventajas, como resistencia, tenacidad, resistencia al calor y a la corrosión, y baja densidad. Es la aleación de titanio más utilizada a nivel mundial, representando más del 50% del uso mundial de aleaciones de titanio. En resumen, es más duro que el aluminio, más ligero que el acero y más resistente a la corrosión que el acero inoxidable.

Grado 5 (Ti-6Al-4V)

El Grado 5 (Ti-6Al-4V), el grado de trabajo, es la aleación de titanio de trabajo más utilizada porque ofrece la mejor combinación de resistencia a la tracción (≥895 MPa), límite elástico (≥830 MPa) y ductilidad progresivamente alta (elongación ≥10%) . El Grado 23 de bajo contenido intersticial (Ti-6Al-4V ELI, intersticial extra bajo) mejora notablemente, sin reducir, la alta resistencia (resistencia a la tracción ≥828 MPa), la tenacidad a la fractura y la tolerancia al daño. Es particularmente adecuado para componentes estructurales de soporte de carga críticos para la seguridad que requieren máxima confiabilidad, alta resistencia a tensiones multiaxiales o servicio a baja temperatura, por ejemplo, risers de exploración de pozos petrolíferos en aguas profundas, piezas aeronáuticas y prótesis articulares.

Además de las series de Grado 5 y Grado 23, la familia de aleaciones de titanio también incluye TC21 de alta resistencia y durabilidad (con una resistencia a la tracción de ≥1100 MPa), TC11 de alta resistencia a la temperatura (capaz de utilizarse a menos de 500 °C) y titanio puro comercial TA1/Ti Grado 2 (buena resistencia a la corrosión y conformabilidad, común en ingeniería química y aplicaciones médicas generales). Todas las aleaciones controlan genuinamente el contenido de elementos constituyentes como Al, V, Ru y elementos interestelares (O, N, C y Fe) para satisfacer las necesidades de diferentes y rigurosos entornos de servicio en cuanto a alta resistencia, tenacidad, resistencia a la corrosión, buena soldabilidad y alta biocompatibilidad.

Características

Alta relación resistencia-peso, alta resistencia a la corrosión y buena biocompatibilidad. Las aleaciones de titanio Ti-6Al-4V ofrecen el equilibrio ideal entre propiedades mecánicas, físicas y a la corrosión.

Alta relación resistencia-peso: Aunque su densidad es de tan solo 4,43 g/cm³, apenas el 60 % de la del acero, la resistencia específica de la aleación de titanio iguala, si no supera, la de los aceros aleados de alta resistencia. Por consiguiente, los componentes de aleación de titanio, sometidos a una carga similar, presentan una notable reducción de peso superior al 40 %. Su límite elástico, habitualmente de 800-880 MPa, permite que el material presente , incluso bajo tensión elevada, deformación dúctil y es mucho menos propenso a fallar por fragilidad.

Buena resistencia a la corrosión: En medios agresivos como el ácido fluorhídrico, el ácido acético y el ácido fórmico, una fina capa de óxido de titanio pasivo extremadamente rápido se adhiere a su superficie, lo que le proporciona una buena resistencia a la corrosión, lo que permite su uso tanto en un ambiente químico como acuático.

Mayor biocompatibilidad: Las aleaciones de titanio, especialmente las de grado 23 ELI, no son sensibilizantes, tóxicas ni magnéticas para el tejido humano. Su módulo elástico es muy similar al del hueso humano, lo que minimiza considerablemente la protección contra la tensión y favorece la osteointegración. La resistencia al desgaste y la bioactividad pueden mejorarse aún más mediante tratamientos superficiales (p. ej., recubrimientos de nitruro de titanio ), lo que las hace ideales para prótesis articulares (de cadera y rodilla), placas óseas, tornillos óseos, implantes dentales e implantes craneomaxilofaciales avanzados. El implante protésico de aleación de titanio personalizado, utilizado durante el primer "reemplazo total de cuerpo vertebral cervical impreso en 3D" del mundo, funcionó durante ocho años en ese paciente y recuperó su vida útil normal, lo que demuestra su alta biocompatibilidad y larga vida útil.

Procesos relevantes: Las aleaciones de titanio son más precisas y eficientes en el caso de la impresión 3D para permitir la posibilidad de diseñar componentes personalizados, por ejemplo, SLM , EBM y DED.

Aplicaciones: Debido a sus excelentes propiedades, las aleaciones de titanio han surgido como un producto estrella en una variedad de aplicaciones de alto rendimiento, que van desde stents aeroespaciales, piezas de motores, reemplazos de articulaciones de dispositivos médicos, implantes craneomaxilofaciales, autos de carreras de alto rendimiento hasta dispositivos deportivos.

Acero inoxidable: la columna vertebral de la resistencia a la corrosión y las aplicaciones industriales

Descripción detallada de 316L (resistente a la corrosión), 17-4PH / 15-5PH (endurecimiento por precipitación), 304L, 420, etc.

Acero inoxidable 316L

Con el acero inoxidable 316L siendo un acero inoxidable con molibdeno, es más resistente a la corrosión en comparación con el acero inoxidable 304 l, y por lo tanto es un material adecuado para equipos en la fabricación de pulpa y papel . El acero inoxidable 316 también resiste atmósferas industriales y marinas agresivas. El acero inoxidable 316L también resiste la precipitación de carburo por más tiempo que el acero inoxidable 316 y por lo tanto está calificado para aplicaciones de alta temperatura. Como una aleación de bajo C del acero 316, 316L tiene los mismos atributos que el acero 316 pero con una resistencia a la corrosión intergranular mejorada. Este es un requisito específico en la aplicación de acero 316 donde la resistencia a la corrosión intergranular es un parámetro importante. Entre todas las formas de acero inoxidable, 316L y 17-4PH son comúnmente consideradas como la pareja de oro de la impresión 3D. De todas estas formas de acero inoxidable, 316L, con su mejor resistencia a la corrosión y con una biocompatibilidad mejorada, tiene un buen desempeño en aplicaciones médicas.

17-4PH / 15-5PH (Endurecimiento por precipitación)

El acero inoxidable 15-5 es un acero inoxidable martensítico con diversos usos. Es ideal para proyectos donde se requiere una mayor resistencia a la corrosión y un mejor rendimiento transversal que otros aceros martensíticos. La temperatura del tratamiento térmico puede variarse para ajustar la resistencia y dureza necesarias para cada proyecto.

El 17-4PH es una aleación de una familia de aleaciones de acero inoxidable martensítico de endurecimiento por precipitación que presenta alta dureza y resistencia, así como una resistencia moderada a la corrosión hasta 600 °F. Posee cualidades de fabricación útiles y puede endurecerse por envejecimiento mediante un único recocido de 900 a 1150 °F. Esta aleación se ha utilizado ampliamente en equipos, accesorios y hardware de procesamiento petrolero y petroquímico.

Acero inoxidable 304L

Es un acero de aleación 304 con bajo contenido de carbono . El 304L tiene un bajo contenido de carbono, lo que reduce la precipitación perjudicial de carburo durante la soldadura. Por esta razón, el 304L se puede soldar en entornos corrosivos hostiles sin necesidad de recocido. Sus propiedades mecánicas son ligeramente inferiores a las del 304 estándar, pero se utiliza comúnmente debido a su versatilidad. Al igual que el acero inoxidable 304 , se utiliza comúnmente en las industrias cervecera y vinícola, pero también puede utilizarse para crear aplicaciones en productos no alimentarios, como contenedores para el almacenamiento de productos químicos, minería y construcción. Es ideal para componentes metálicos como tuercas y tornillos expuestos al agua de mar.

El acero 304L goza de una demanda estable en aplicaciones no convencionales, como la fabricación de prototipos, gracias a su coste competitivo. El acero de grado 420 es un acero inoxidable martensítico con alto contenido de carbono y un mínimo del 12 % de cromo. El acero de grado 420, y el acero inoxidable en general, se puede endurecer mediante tratamiento térmico. Tras su recocido, el acero de grado 420 es relativamente dúctil y presenta una excelente resistencia a la corrosión tras el pulido, el rectificado superficial o el temple. Es ideal para todo tipo de máquinas de precisión, cojinetes, dispositivos eléctricos, instrumentos, medidores, transporte, electrodomésticos, servicios de alimentación y dispositivos médicos de acero inoxidable.

Propiedades: Resistencia a la corrosión muy alta, propiedades mecánicas superiores o puede tratarse térmicamente para lograr alta resistencia y costo relativamente bajo.

Procesos de aplicación: Debido a su alta resistencia, resistencia a la corrosión, capacidad de tratamiento térmico a alta resistencia y compatibilidad con procesos 3D de metales populares en masa como SLM, DED y Binder Jetting, el acero inoxidable es bien conocido para metales de impresión 3D .

Aplicación: Válvulas para tuberías de la industria química, alimentaria y marina, dispositivos médicos, piezas de herramientas o moldes, herrajes arquitectónicos y piezas de función general.

Aleaciones de alta temperatura: guardianes de entornos extremos

Amplia descripción general de aleaciones a base de níquel y cobalto como Inconel 718, Inconel 625, Hastelloy X y Haynes 282.

Inconel 718

Es una aleación de níquel de alto rendimiento, utilizada principalmente en entornos corrosivos y de alta temperatura. Ofrece alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y a la corrosión, así como una soldabilidad y maquinabilidad excepcionales. Su composición química contiene un alto contenido de níquel, cromo, hierro y otras aleaciones, lo que le proporciona una gran resistencia al calor y a la oxidación.

Inconel 625

Es una aleación a base de níquel que contiene níquel, cromo y molibdeno , así como trazas de titanio y aluminio . Presenta buena resistencia a la corrosión y altas temperaturas. Sus propiedades son adecuadas para su uso en diversos entornos hostiles, gracias a su alta resistencia a la corrosión y la oxidación.
Hastelloy X es una aleación de molibdeno y cromo de alta temperatura con un alto contenido de hierro que es una aleación sólida reforzada con solución.

Hastelloy X

Es resistente a la oxidación y a la corrosión y tiene alta resistencia a la fluencia y tenacidad incluso a altas temperaturas (por ejemplo, por debajo de 900 °C) y también en atmósferas de carburación y nitruración y en atmósferas neutras y reductoras.

Aleación Haynes 282

Se trata de una superaleación de refuerzo avanzada de grado Y, desarrollada específicamente para servicios estructurales de alta temperatura, especialmente para uso en motores terrestres y de turbina en la industria aeroespacial. Ofrece un excelente equilibrio entre soldabilidad, estabilidad térmica, resistencia a la fluencia y maquinabilidad en comparación con las aleaciones comerciales .

Propiedades: excelente resistencia a altas temperaturas, alta resistencia a la oxidación, a la fluencia y a la corrosión.

Proceso aplicable: SLM, EBM, con experiencia especial en DED

Aplicaciones: Aplicaciones de motores de aeronaves , componentes de turbinas de gas de sección caliente (álabes de turbinas, cámaras de combustión), componentes de motores de cohetes, componentes de energía nuclear, hornos de alta temperatura.

Acero para herramientas y matrices: resistente al desgaste y duradero

Introducción detallada: H13 (trabajo en caliente), acero Maraging 300/350 (endurecimiento por envejecimiento), 18Ni300, M2 (acero de alta velocidad), Toolox 33/44, etc.

H13

Es un acero de aleación para herramientas y un acero para trabajo de alta velocidad, y se aplica principalmente en matrices de alta temperatura y alta presión, como las de forja en caliente, fundición de aleaciones de aluminio y extrusión en caliente. El H13 posee alta resistencia al calor, dureza en rojo, tenacidad y una excelente resistencia a la fatiga térmica, por lo que ofrece un excelente rendimiento en servicio a altas temperaturas.

Propiedades: Gran dureza, gran resistencia al desgaste y gran resistencia a altas temperaturas (acero para trabajo en caliente); resistencia extremadamente alta después del tratamiento térmico ( acero maraging ).

Acero maraging 300/350 (endurecimiento por envejecimiento)

El acero martensítico 300/350, o acero de temple por envejecimiento, es un acero de alta resistencia compuesto por una matriz de martensita baja en carbono o libre de carbono que adquiere dureza mediante la precipitación de compuestos intermetálicos durante el envejecimiento. A diferencia del acero convencional de alta resistencia, no obtiene la dureza a partir del carbono, sino mediante la precipitación y dispersión de compuestos intermetálicos y, por lo tanto, se diferencia del acero convencional en varios aspectos. Entre sus características se incluyen alta resistencia, alta tenacidad, baja templabilidad, buena conformabilidad, fácil tratamiento térmico, ausencia de distorsión durante el envejecimiento y buena soldabilidad.

18Ni300

Es una aleación de la serie Maraging 300 y posee su propia composición y cualidades. Sus principales ventajas son su mínima distorsión al envejecerse a bajas temperaturas, lo que permite lograr la estabilidad dimensional de componentes precisos; su baja templabilidad por trabajo en frío , lo que la hace ideal para estampado y conformado complejos. Se utiliza en proyectiles de misiles, bielas de alto rendimiento para coches de carreras y moldes de granalla para fundición de precisión.

M2 (acero de alta velocidad)

Es un acero para herramientas de alta velocidad con base de molibdeno, una aleación compuesta principalmente por carbono, molibdeno, tungsteno, cromo y vanadio . Este acero presenta una alta resistencia al desgaste, a los impactos y a las altas temperaturas (conservando sus cualidades hasta 600 °C), lo que lo hace ideal para la fabricación de herramientas de corte , moldes y componentes de alta resistencia. La alta uniformidad en la distribución del carburo y su alta tenacidad caracterizan a este acero, que, sin embargo, es propenso al sobrecalentamiento y requiere un control estricto de los parámetros de tratamiento térmico. La adición de cerio, una tierra rara de última generación, refina el tamaño del carburo, reduce la segregación de la aleación y mejora su capacidad para trabajar a altas temperaturas y su procesabilidad.

Herramienta 33/444

Toolox 33/44, un acero revolucionario termotratable , se pretempla a HRC 33 (Toolox 33) y HRC 44 (Toolox 44) en la laminadora, lo que reduce el coste y el tiempo de ciclo del tratamiento térmico. Este acero, de alta eficiencia de mecanizado, ofrece alta eficiencia de mecanizado, altas velocidades de corte directo (que son más rápidas) y un buen rendimiento en electroerosión y pulido, lo que reduce el tiempo de pulido en un tercio. Los tratamientos superficiales compatibles optimizan aún más la resistencia al desgaste. En tamaños grandes, se utiliza habitualmente en moldes de inyección , matrices de estampación de automóviles y accesorios de robots, lo que reduce el plazo de entrega.

Procesos aplicables: SLM, EBM, con especial fuerza en DED.

Aplicaciones: Insertos de moldes de fundición a presión/inyección, particularmente aquellos con canales de enfriamiento conformes, matrices de estampación/conformación, herramientas de corte y piezas resistentes al desgaste.

Metales preciosos y aleaciones especiales: satisfaciendo necesidades únicas

Oro, plata y platino

Son los metales preciosos para satisfacer necesidades únicas en la impresión 3D.
Joyería: Las joyas deben ser químicamente inertes a temperatura y presión ambiente estándar, y resistentes a la corrosión frente a los principales componentes del agua y el aire. El oro tiene una excelente estabilidad química. La plata , de aspecto metálico blanquecino-plateado, es fácil de conseguir y económica, y se ha convertido en la opción preferida para joyería. El platino , que es oro blanco, de aspecto metálico blanquecino-plateado, es muy dúctil, resistente a la corrosión frente a ácidos y álcalis fuertes y tiene un punto de fusión extremadamente alto.

Contactos electrónicos especiales: En microcontactos electrónicos , el oro resiste la erosión por arco eléctrico ; la plata, la inhibición de la electromigración ; y el platino, la oxidación a altas temperaturas . Estos metales nobles también se utilizan en contactos de relés aeroespaciales y conectores superconductores de platino en máquinas de resonancia magnética nuclear.

Dispositivos biomédicos para investigación: sensores implantados (oro), dispositivos de liberación de fármacos anticancerígenos de platino y superficies de plata antibacterianas.

Aleaciones de cobre (cobre puro, CuCrZr)

Altamente conductivos de la electricidad y el calor, se utilizan en componentes de motores, disipadores de calor, intercambiadores de calor y bobinas de inducción. La aleación de cobalto-cromo (CoCrMo) es extremadamente resistente al desgaste y altamente biocompatible, y se utiliza en restauraciones dentales y ciertos implantes ortopédicos.

Procesos apropiados: SLM (se requieren parámetros especiales), BJ (metales valiosos) y DED (cobre).

Preguntas frecuentes

1. ¿La resistencia de los componentes metálicos impresos en 3D será similar a la de los componentes forjados?

Sí. Una optimización adecuada de los procesos después del tratamiento, por ejemplo mediante tratamiento térmico, puede hacer que las piezas metálicas resultantes producidas mediante procesos como SLM o EBM, por ejemplo, alcancen y superen en resistencia y fatiga las de las piezas forjadas tradicionales análogas.

2. ¿Es posible sustituir por completo la fabricación convencional (por ejemplo, fundición y CNC ) por la impresión 3D metálica?

Todavía no, no es posible. Es mejor para formas complejas, personalización para producciones cortas y aleaciones difíciles de mecanizar . Sin embargo, la producción en masa de piezas comunes es menos costosa y más rápida con los métodos convencionales, y ambos procesos son complementarios.

3. ¿El metal impreso en 3D necesita posprocesamiento?

Sí, con muy pocas excepciones, todos los componentes metálicos impresos en 3D requieren posprocesamiento. Los procesos comunes asociados con la impresión 3D de metales son la eliminación de la estructura de soporte, la liberación de tensiones, el tratamiento térmico, el acabado superficial (mecanizado, pulido, arenado ) y el HIP (para mejorar la densidad y eliminar poros).

4. ¿La impresión 3D de metal es más costosa debido al costo del material?

Su coste suele ser considerablemente superior al del metal en barras o bloques con el que se fabricaría. Esto añade un importe considerable al coste de una impresión 3D de metal , aunque su relación calidad-precio debe evaluarse en conjunto, junto con su libertad de diseño y su capacidad de ahorro de material.

Resumen

La biblioteca de materiales para la impresión 3D de metal continúa creciendo exponencialmente, desde aleaciones convencionales de titanio, aluminio, acero inoxidable y aleaciones de alta temperatura, pasando por aceros para herramientas poco comunes, metales nobles y aleaciones de cobre. Cada uno de ellos ofrece, en una combinación individual, una selección de propiedades como resistencia, ligereza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica, capacidad térmica y biocompatibilidad para aplicaciones específicas de alta tecnología. Las tecnologías innovadoras permiten procesar estos materiales de forma eficiente en geometrías altamente complejas imposibles de lograr con los procesos convencionales, modificando el diseño y la creación de prototipos , y creando componentes de alto rendimiento.

Cuando la limitación de diseño innovadora es su problema, la ligereza, la reducción del plazo de entrega o el mecanizado de materiales difíciles de cortar son su reto, la impresión 3D de metal y la selección de materiales son la solución definitiva. Un profundo conocimiento de las propiedades y aplicaciones de sus materiales es la clave para acceder a esta tecnología revolucionaria que permite crear y diferenciarse. ¡Seleccionar el metal adecuado nos abre las puertas a una capacidad ilimitada de fabricación aditiva!

Ante estos desafíos más exigentes, el servicio de impresión 3D de LS es su herramienta definitiva e indispensable. Representa precisión de nivel industrial, repetibilidad inigualable y productividad eficiente, lo que permite que sus ideas de diseño se materialicen de forma perfecta, consistente y eficiente. Elegir LS significa inyectar precisión de nivel industrial a su extraordinaria artesanía.

Sube tus dibujos de diseño ahora y obtén una cotización 3D instantánea (precio de impresión 3D), ¡deja que LS sea tu fuerte respaldo en la búsqueda de la máxima precisión de impresión!