IMPRESIÓN 3D METAL 31 para poder dotar al proceso de inteligencia y garantizar la calidad de las piezas, es necesaria una monitorización, sobre todo en los defectos no visibles por medio de técnicas NDT. DEFECTOS COMUNES ENPIEZAS Los defectos intrínsecos de la tecnología L-PBF son de diversa índole y tamaño. El hecho de que sean piezas fabricadas a partir de polvo de cierta granulometría por fusión focalizada, con gran cantidad de parámetros de fabricación (+ de 150), a muy alta velocidad (hasta 7.000 mm/s), punto a punto, línea a línea, área a área, capa a capa… dota a la pieza la posibilidad de tener defectos muy variados. A continuación, se presenta una clasificación de defectos que son motivo de que la pieza no obtenga la calidad necesaria en el componente fabricado: - Porosidad: Este tipo de defecto es uno de los más problemáticos en la tecnología L-PBF ya que para la mayoría de aplicaciones se requieren piezas completamente densas y libres de poros, debido a que los poros disminuyen las prestaciones mecánicas de las piezas finales. Además, debido a su tamaño, son defectos que si son localizados son muy difíciles de inspeccionar. En algunas ocasiones los poros pueden aparecer por no tener ajustados correctamente los parámetros y trayectorias de fabricación. Si la densidad de energía aplicada para la fusión del material es demasiado baja o las trayectorias definidas en la pieza no llegan a solaparse correctamente, es posible que se creen zonas sin fundirse completamente y aparezcan poros, normalmente de gran tamaño. Esta porosidad es conocida como ‘lack of fusion’ o ‘falta de fusión’ (figura 1a). Por el contrario, si la densidad de energía es demasiado elevada, la profundidad de material fundido es excesiva y puede que quede gas atrapado en este fundido, generando así la porosidad denominada ‘key-hole’, ‘over-melting’ o ‘sobrecalentamiento’ (figura 1b). Pero, debe de mencionarse que aun ajustando correctamente los parámetros pueden aparecer poros esféricos de pequeño tamaño (<50µm), debido a pequeñas burbujas de gas atrapadas en el baño fundido. Este tipo de porosidad es inherente al proceso y es necesario controlarla para obtener piezas válidas. Normalmente es una porosidad aceptada hasta cierto nivel en el que el pequeño cambio de densidad no afecte a las propiedades mecánicas del material. - Rugosidad: La rugosidad se presenta como otro gran reto de la tecnología L-PBF, ya que al igual que la porosidad una alta rugosidad puede llegar a afectar a las prestaciones mecánicas de la pieza y con ello limitar su aplicabilidad. Uno de los principales factores que afectan a la rugosidad es el ángulo de incidencia del láser respecto a la plataforma. En esta tecnología el láser está situado sobre la parte central de la plataforma y, por ello, incide completamente perpendicular a la plataforma únicamente en la parte central, mientras que en los bordes de la plataforma incide con cierto ángulo. Así, en la parte central de la plataforma el láser genera un trazo circular, mientras que en los extremos este círculo se distorsiona abarcando un área mayor. Sin embargo, al emplear los mismos parámetros de fabricación en toda la plataforma, la energía aplicada es la misma independientemente al tamaño del área a fundir. Esto genera que en las zonas alejadas al centro la energía aplicada no sea capaz de fundir por completo el área a fundir, quedando por ello partículas parcialmente adheridas a la superficie o patrones de fundido que demuestran la distorsión del lecho fundido. En la figura 2a se muestra el acabado superficial de una pieza fabricada en el centro de la plataforma junto al acabado de una fabricada en el borde de la plataforma (figura 2b), donde puede apreciarse la distorsión del baño fundido. - Tensiones residuales y rotura de la pieza: La fase de solidificación y de enfriamiento de las capas generan tensiones residuales en la pieza que generan deformaciones. Si las tensiones residuales son superiores a las tensiones de rotura del material, dichas tensiones son aliviadas en forma de rotura, dando lugar al fenómeno ‘crack’. Estas roturas se pueden observar entre capas cuando la soldadura intercapa no es lo suficientemente sólida para soportar dichas tensiones Figura 2. Rugosidad según el posicionamiento de la pieza en la plataforma. 2a. Pieza situada en el centro de la plataforma, donde el haz láser es perpendicular a la plataforma; 2b. Pieza situada en el borde de la plataforma, donde el ángulo de incidencia genera la distorsión del baño fundido [2].
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