La fabricación aditiva permite grados de libertad completamente nuevos con respecto al diseño de geometrías de componentes y se está convirtiendo en un complemento cada vez más relevante de las tecnologías de mecanizado. Como resultado, los nuevos procesos de "impresión 3D metálica" se pueden encontrar en cada vez más empresas de fabricación y se están abriendo camino fuera del nicho hacia un entorno de aplicación cada vez más amplio.
Fabricación aditiva
La fabricación sustractiva utiliza el mecanizado para eliminar material de la materia prima con el fin de tallar un componente con la geometría deseada. Incluye procesos de fabricación como el fresado, el torneado y el rectificado. En cambio, un componente fabricado de forma aditiva se crea construyendo capa por capa los contornos de un modelo de datos 3D digital de la pieza El principio de la construcción capa por capa descrito aquí sigue siendo la base de todos los procesos de fabricación aditiva actuales.
La soldadura por deposición láser, que ahora se asigna al campo de la Deposición de Energía Dirigida (DED), adquirió protagonismo muy pronto. El polvo se introduce en un haz láser a través de una boquilla de polvo coaxial, que lo fusiona con una precisión milimétrica. El proceso se caracteriza por una tasa de acumulación muy elevada. El componente se construye capa por capa, utilizando toda la cinemática de 5 ejes de la fresadora CNC. Las geometrías de soporte, como en el lecho de polvo, no son necesarias aquí, ya que la cinemática de 5 ejes siempre coloca el componente en la posición correcta con respecto a la boquilla del láser. Un transportador de polvo doble integrado permite suministrar simultáneamente dos materiales diferentes. De este modo, pueden aplicarse alternativamente diferentes metales para conferir al componente las propiedades deseadas, por ejemplo, una mayor conductividad térmica o diferentes grados de dureza en determinadas zonas. También se pueden producir materiales graduados, en los que se realiza una transición suave del material A al material B.
Otro proceso destacado es la fusión selectiva por láser (SLM) de polvo metálico. El polvo se aplica en capas finas a una plataforma de construcción y luego se funde localmente con un láser según la geometría del componente. La superficie de las capas que deben exponerse se calcula previamente a partir del modelo 3D de la pieza. Una vez finalizado el proceso de producción, el polvo sobrante puede extraerse y reutilizarse. Debido a la amplia gama de aplicaciones, ya se dispone de innumerables materiales en polvo en esta área de proceso. Esto significa que se pueden fabricar piezas de trabajo funcionales (prototipos) con materiales en serie y comprobar su idoneidad. Para la construcción generativa de componentes se dispone de diversos aceros y grados de aluminio, cromo-cobalto y aleaciones de níquel hasta cobre y titanio.
Los dos procesos, la deposición de energía dirigida (DED) y la fusión selectiva por láser (SLM), difieren esencialmente en las tolerancias que pueden generarse, las tasas de acumulación y las velocidades de producción. Por ejemplo, la precisión de la soldadura por deposición láser es inferior a la del proceso de lecho de polvo. Sin embargo, en cuanto a su capacidad para integrarse en máquinas-herramienta híbridas, puede presentar ventajas en términos de productividad. Esto se debe a que la estructura del componente aditivo puede ampliarse en una única configuración con el mecanizado convencional. En principio, por tanto, ambos procesos tienen su justificación, y en sectores diferentes.
Las máquinas DED están firmemente establecidas desde hace tiempo en la fabricación de moldes y en aplicaciones aeroespaciales. En reparación, se pueden reconstruir componentes dañados y realizar opciones de reparación tan rápidas como económicas. En tecnología médica, se crean soluciones específicas para cada paciente para prótesis dentales o prótesis articulares en el lecho de polvo de las máquinas SLM.
Secretos del éxito de la fabricación aditiva
En comparación con los procesos convencionales, la fabricación aditiva permite un enfoque completamente nuevo del diseño y la fabricación. Los potenciales residen en el entorno de la disponibilidad de piezas de repuesto, las geometrías internas, las estructuras de componentes complejas o las cantidades reducidas. Otra oportunidad la ofrecen los escenarios de aplicación que conducen a una mejora significativa de las propiedades del producto.
Por ejemplo, la optimización de la topología puede mejorar considerablemente las propiedades de un componente. Las estructuras (biónicas) de fabricación aditiva, por ejemplo, pueden utilizarse para reducir el peso y, al mismo tiempo, lograr una estabilidad muy elevada. Así pues, los procesos de fabricación aditiva ofrecen ventajas, especialmente en el caso de requisitos elevados o muy específicos en cuanto a las propiedades de los componentes. Una cadena de procesos de extremo a extremo que combine la impresión 3D metálica con un postprocesado específico también suele ser más económica que los procesos convencionales en las condiciones adecuadas.
Fabricación aditiva significa pensamiento aditivo
Para explotar plenamente el potencial de la fabricación aditiva de componentes, ya debe producirse un cambio de mentalidad en el desarrollo de productos. El reto aquí es la aplicación práctica y la identificación del potencial en el espectro específico. A su vez, esto requiere un conocimiento fundamental de las respectivas posibilidades y un enfoque imparcial. En el mejor de los casos, los clientes confían en análisis competentes que proporcionen información sobre el valor añadido que la fabricación aditiva puede ofrecer en la empresa y cómo los componentes pueden optimizarse mediante la tecnología, ya sea en sus propiedades y funciones y/o pueden fabricarse de forma más económica.
Debido a los factores limitantes de la fabricación aditiva descritos anteriormente, la impresión 3D es un complemento lucrativo, pero no un sustituto, de las tecnologías de mecanizado tradicionales. Con vistas a un mayor desarrollo de la fabricación aditiva en una amplia gama de industrias y también a su integración en nuevos modelos de negocio, el potencial futuro en particular es prometedor.
Consistencia en la fabricación aditiva con DMG MORI
DMG MORI lleva desde 2013 apoyando a sus clientes con procesos integrados en la fabricación aditiva - inicialmente sobre la base de la soldadura por acumulación láser con el LASERTEC DED y LASERTEC DED híbrido y desde hace varios años también en el proceso de lecho de polvo con la serie LASERTEC SLM . Como líder del mercado mundial en la fabricación de máquinas herramienta, DMG MORI combina los procesos aditivos con una amplia cartera de soluciones de mecanizado de alto rendimiento. CELOS, como interfaz integral, ofrece aquí la posibilidad de un manejo independiente de la tecnología y coherente (experiencia del usuario).
Incluso antes de que se implementen las cadenas de procesos aditivos, DMG MORI apoya a las partes interesadas y a los usuarios en sus propios Centros de Excelencia de Fabricación Aditiva con su amplia experiencia tanto en impresión 3D metálica como en mecanizado convencional. El objetivo es proporcionar soluciones de fabricación óptimas que allanen el camino hacia una producción más económica y productos de mayor calidad.
Basándose en su amplia cartera de productos en FABRICACIÓN ADICIONAL y tecnología CNC, DMG MORI puede ofrecer cuatro cadenas de procesos aditivos. Por ejemplo, las piezas de trabajo se pueden construir primero en un lecho de polvo en la LASERTEC SLM y, a continuación, se pueden mecanizar. De este modo, se pueden producir componentes de fabricación aditiva con una precisión extremadamente alta. Los usuarios también pueden situar el proceso de mecanizado en una fase anterior. Por ejemplo, los cuerpos básicos de los cabezales de fresado pueden fabricarse de forma productiva. Por último, la compleja estructura del molde, incluidos los canales de refrigeración internos, tiene lugar en el lecho de polvo.
También en el ámbito de las boquillas de polvo, la combinación de fabricación aditiva y mecanizado es el centro de dos cadenas de procesos. La LASERTEC 65 DED para la soldadura por acumulación láser pura fabrica componentes exigentes o aplicaciones multimaterial de hasta ø 650 x 560 mm completamente sin contornos de apoyo. En el mecanizado de acabado posterior en un centro de mecanizado universal de DMG MORI, las superficies planas, los ajustes o las roscas se acaban con la precisión requerida. Con la LASERTEC DED híbrida DMG MORI combina esta cadena de procesos en un espacio de trabajo. En función de las necesidades, los usuarios pueden alternar entre la fabricación aditiva con boquilla de polvo y el mecanizado simultáneo de 5 ejes o el mecanizado completo de 6 caras. Esto permite la producción de piezas aún más complejas. En función de la aplicación, DED / DED híbrido para piezas de hasta ø 1.010 × 3.702 mm.