FUNDIDO LÁSER SELECTIVO SLM

Jul 28, 2017 | Materiales, Tecnologías

Laser Beam Melting, (LBM) Selective Laser Melting (SLM) Direct Metal Laser Sintering (DMLS) y Electron Beam Melting (EBM). En esta entrada se pretende arrojar algo de luz sobre las tecnologías de fabricación aditiva más extendidas en materiales metálicos.

El concepto de trabajo es análogo al de SLS del que ya se habló en entradas anteriores y por tanto se engloban estas tecnologías en el mismo grupo denominado como Powder Bed Fusion y que se caracteriza por sinterizar o fundir un lecho de polvo.

El fundamento del fundido selectivo laser (SLM o LBM) consiste en la aplicación de un laser que funde de manera selectiva zonas de un lecho de polvo metálico que pertenecen a nuestra pieza sobre la superficie del lecho de polvo de la cámara de fabricación.

Diagrama LBM Power Bed Fusion Metálico

El fundamento del fundido selectivo laser (SLM o LBM) consiste en la aplicación de un laser que funde de manera selectiva zonas de un lecho de polvo metálico

A diferencia de la tecnología SLS en la que la pieza “flota” en el interior del lecho de polvo, en LBM será necesario anclar la pieza a una bandeja inicial sobre la que descansará el polvo con el que fabricaremos; por ello es necesario diseñar estructuras de soporte que servirán de anclaje a la bandeja ya que así evitaremos posibles distorsiones que se pueden generar debido a las tensiones internas que parecen en la pieza debido a las temperaturas alcanzadas. Posteriormente habrá que mecanizar la bandeja para retirar la pieza.

Liquid Lattice. Fuente: Within Lab

Liquid Lattice. Fuente: Within Lab

Herraje de cabina del Airbus A350 XWB. Fuente: Airbus Operations GmbH

Herraje de cabina del Airbus A350 XWB. Fuente: Airbus Operations GmbH

La necesidad de añadir una gran cantidad de soporte para que las piezas no se deformen mientras se fabrican debido a las tensiones térmicas condiciona en gran medida el diseño y la posición de fabricación obligando a los diseñadores a tener muy en cuenta estos detalles. Actualmente se están desarrollando aplicaciones de simulación del proceso de fabricación capaces de predecir las deformaciones y las tensiones residuales que se van a producir antes de fabricarlas permitiendo saber de antemano si un diseño o unos soportes son correctos o se deben de rediseñar.

Actualmente se están desarrollando numerosos materiales para trabajar con esta tecnología y ya se encuentra en el mercado materia prima de polvos de aluminio, titanio, acero inoxidable, inconel, aleaciones de cobre… Las granulometrías oscilan típicamente entre 10 y 100 micras.

Actualmente se están desarrollando numerosos materiales para trabajar con esta tecnología y ya se encuentra en el mercado materia prima de polvos de aluminio, titanio, acero inoxidable, inconel, aleaciones de cobre…

Un caso de material específicamente desarrollado para su uso en LBM es el denominado Scalmalloy que se trata de una aleación de aluminio desarrollado por la empresa incubadora APworks , perteneciente al grupo Airbus. Entre sus propiedades sus fabricantes destacan su ratio peso / resistencia y su resistencia a la corrosión, del cual dicen es “casi” como el del titanio.

A diferencia del resto de tecnologías y debido a la complejidad en su desarrollo, actualmente solo existen máquinas profesionales de precios muy elevados; sin embargo empiezan a surgir start-ups que están intentando desarrollar máquinas de sobremesa. Entre los fabricantes más importantes encontramos a EOS, Renishaw, SLM y Additive Industries en Europa y 3DSystems en America.

Una variante de la tecnología de fusión selectiva laser es la denominada Electron Beam Melting (EBM), o fusión por columna de electrones

Una variante de la tecnología de fusión selectiva laser es la denominada Electron Beam Melting (EBM), o fusión por columna de electrones; la diferencia entre ambas es la fuente con la que se consigue el calor necesario para la fusión de los granos metálicos, mientras en LBM es el laser, en EBM es un haz de electrones. Las diferencias entre ambos procesos son notables, aunque la base es la misma, con las cámaras de polvo y la base de sujeción. Como particularidad del EBM encontramos unos soportes mucho más livianos y fáciles de retirar debido a que las tensiones térmicas que se generan son menores que en LBM; como contrapunto tendremos unos acabados superficiales más rugosos.

Diagrama EBM Power Bed Fusion Metálico
FUENTE: Microstructures and Mechanical Properties of Ti6Al4V Parts Fabricated by Selective Laser Melting and Electron Beam Melting,  Journal of Materials Engineering and Performance 22(12):248- • August 2013

FUENTE: Microstructures and Mechanical Properties of Ti6Al4V Parts Fabricated by Selective Laser Melting and Electron Beam Melting,  Journal of Materials Engineering and Performance • August 2013

Ambas tecnologías requieren de pos tratamientos para homogeneizar las propiedades de la pieza en las tres direcciones de fabricación ya que en la dirección z de adhesión de las capas las propiedades alcanzadas son peores. Actualmente solo la sueca ARCAM fabrica y comercializa máquinas con esta tecnología. Los casos de éxito en piezas metálicas fabricadas mediante procesos aditivos comienzan a ser notables. Por citar ejemplos recientes, el gigante francés de la automoción Renault anunciaba el desarrollo de un motor para sus camiones en el que ha obtenido una reducción de peso de 120 Kg que suponen el 20 % total del peso del motor. También la estadounidense General Electric, que el pasado mes de septiembre anunciaba su intención de hacerse con la compañía SLM Solutions y Arcam pero que finalmente cerraba la compra de Concept Laser tras la negativa de SLM a vender y se hacía con el control del 75% de las acciones de Arcam, todas ellas multinacionales fabricantes de máquinas de SLM y EBM, se convertía en 2015 en la primera compañía que obtenía el permiso de la FAA para incluir partes de sus motores fabricadas mediante métodos aditivos.

Sensor T25 que mide presión y temperatura para el sistema de control de motor. FUENTE: GE Aviation

Sensor T25 que mide presión y temperatura para el sistema de control de motor. FUENTE: GE Aviation

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