Impresión 3D en acero inoxidable

La impresión tridimensional (3D), también conocida como fabricación por adición, es el proceso de hacer un componente sólido a partir de un modelo digital mediante la superposición de capas de material para crear el objeto deseado.

¿Cómo funciona?

La inyección con aglutinante de metal para impresión 3D inicia con un diseño 3D y un slicer que le indica a la impresora donde debe depositar el material el cabezal de impresión. El polvo de metal se deposita en delgadas capas y una sustancia de unión similar al pegamento es expulsada de la cabeza de impresión en la parte superior de cada capa. La alternancia de capas de polvo y el aglutinante se fusionan y comienzan a construir de abajo a arriba para crear el objeto.

El proceso de fusión en lecho de polvo es muy similar a la inyección de aglutinante de metal, excepto que en lugar de depositar un aglutinante, se utiliza un láser de alta temperatura o un haz de electrones. El láser aumenta la temperatura del polvo en las áreas donde se está construyendo el diseño, fundiendo el polvo metálico y creando una capa sólida. Este proceso continúa hasta que todo el modelo está completo.

El proceso de deposición de energía dirigida, utiliza dos tipos diferentes de material: de hilo de metal o polvo de metal. Una boquilla que se mueve en múltiples direcciones (4-5 ejes) extruye el polvo de metal o la capa de filamento metálico. Una vez que se deposita el material, se funde con un haz láser o de electrones. Este proceso continúa y el objeto se construye capa por capa.

El acero inoxidable es uno de los materiales que se usan para la impresión 3D en metal debido a sus elevadas propiedades mecánicas y físicas. Le ofrece ventajas como durabilidad, bajo costo, alta resistencia a la tracción, resistencia a altas temperaturas y elasticidad. También ofrece ventajas como el ser un material biocompatible e higiénico, por lo que se utiliza en la impresión 3D de instrumentos quirúrgicos e implantes. El 316L y 17-4PH son los que se usan comúnmente en este proceso.

También el acero inoxidable austenítico 316 es un material de impresión 3D actualmente disponible y se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones industriales (mecánicas, de moldeado, herramientas) y para crear modelos artísticos sofisticados y esculturas.

La impresión en 3D en acero inoxidable y la reducción de peso:

Este es un experimento de una empresa de ingeniería en Ámsterdam llamada Arup. Uno de sus clientes tenía que producir más de 1000 soportes de este tipo, la mayoría distinto entre ellos. El componente de la izquierda es de acero inoxidable, mide 1 m de altura y es un soporte para un sistema de iluminación; ha sido producido mediante los métodos de producción tradicionales. Para optimizarlo, se le pidió al programa que mantuviera los soportes en el mismo sitio que el original, el programa consiguió una reducción de peso del 40% (componente central). En el diseño de la derecha se dio libertad total al programa, pidiéndole que diseñara el componente más económico posible y que fuera capaz de realizar la misma función que el original y consiguió una reducción del 75% de peso.

Otro ejemplo es Sandvik Coromant, una firma de ingeniería sueca especializada en herramientas y tecnología de materiales. Para demostrar la capacidad de sus sistemas de fabricación aditiva (impresión 3D) se impuso un desafío: construir una guitarra de metal imposible de romper, lo suficientemente liviana para tocar y con una alta precisión que superara los altos estándares de un virtuoso.

 “La fabricación aditiva nos permite construir diseños altamente complejos en pequeñas series de producción”, menciona Amelie Norrby, ingeniera de fabricación aditiva en Sandvik. “Nos permite crear componentes más ligeros, más fuertes y más flexibles con estructuras internas que serían imposibles de fresar tradicionalmente. Y es más rentable porque solo usa el material que necesita para el componente, minimizando el desperdicio”. ¹

Para hacer el cuerpo impreso en 3D, los ingenieros de Sandvik utilizaron láseres para trazar el diseño en fino polvo de titanio; mecanizaron el cuello a partir de un solo bloque de acero inoxidable reciclado, con un software de precisión que permitió que sea súper delgado y liviano. El mástil y el diapasón se reforzaron utilizando una estructura reticular de metal llamada acero hiper-dúplex, mientras que la impresión 3D se usó para crear los anclajes de cuerdas y los botones de volumen.

Otra empresa en Ámsterdam llamada MX3D, fabricó la estructura de un puente peatonal de acero inoxidable con impresoras tridimensionales y brazos robóticos la cual mide 12.5 m de longitud, 6.3 de ancho y pesa 5.440 kilogramos y se instalará sobre el canal Oudezijds Achterburgwal.

Para construirlo se utilizaron cuatro robots que trabajaron durante 11 meses. Los empresarios mencionan que con 10 robots el puente se podría haber construido en 10 días.

El objetivo de MX3D con este proyecto del puente fue mostrar las aplicaciones potenciales de su tecnología de impresión 3D multieje para los mercados de la arquitectura, marítimo y de alta mar así como de la industria pesada.

Estos son algunos ejemplos de la impresión 3D en acero inoxidable que muestran el potencial que el avance tecnológico en este ámbito puede tener y que a su vez, puede incrementar la demanda de polvo de acero inoxidable en aplicaciones tales como en la industria automotriz, aviación, construcción, arquitectura, joyería, odontología y medicina. ¿Se imaginan lo que se podrá imprimir?…

Referencias bibliográficas:

¹ WIRED. Sandvik’s 3D-printed guitarr its totally unsmashable. [En línea] Fecha de consulta: 10 junio 2019. Disponible en: https://www.wired.co.uk/article/sandvik-guitar-3d-printing-unsmashable

formizable!. IMPRESIÓN EN 3 D CON METAL ¿CÓMO FUNCIONA? [En línea] Fecha de consulta: 10 junio 2019. Disponible en: https://formizable.com/impresion-3d-con-metal-como-funciona/

Mundo Digital. Impresión en 3D industrial con acero inoxidable y reducción de peso. [En línea] Fecha de consulta: 10 junio 2019. Disponible en: http://www.mundodigital.net/impresion-en-3d-industrial-con-acero-inoxidable-y-reduccion-de-peso/

IMPRIMALIA 3D. Concluída la estructura de acero inoxidable impresa en 3D de un puente en Amsterdam. [En línea]. Fecha de consulta: 10 junio 2019. Disponible en: http://imprimalia3d.com/noticias/2018/04/05/009888/concluida-estructura-acero-inoxidable-impresa-3d-puente-amsterdam