Cómo imprimir piezas metálicas en 3D con una impresora SLS de polímero

En el mundo de la fabricación aditiva, el desarrollo de métodos avanzados ha abierto nuevos horizontes para crear piezas metálicas complejas con precisión y eficacia. La fusión de metales en frío es uno de esos procesos innovadores que utilizan las impresoras 3D SLS de polímero de Sintratec (representada en España por Maquinser) para producir componentes metálicos. En este artículo le guiaremos a través de la cadena del proceso CMF, desde la preparación hasta las piezas metálicas finales.

La pieza final 17/6PH presenta un impresionante alargamiento del 13,2% tras el endurecimiento. Foto: Sintratec.

Para ilustrar el proceso de fusión de metales en frío (CMF), produciremos un engranaje ligero que se utiliza en la industria del automóvil. La intrincada geometría de la pieza la convierte en un ejemplo ideal, ya que solo puede producirse mediante fabricación aditiva. Para la impresión, utilizaremos la plataforma Sintratec All-Material Platform con Sintratec S2 y el módulo de construcción MCU-160. Como parte del sistema de laboratorio CMF, actualmente disponemos de dos materiales desarrollados específicamente por Headmade Materials para la tecnología SLS: acero para herramientas M2 y acero inoxidable 17/4PH. Dado que se trata de un material habitual en la industria del automóvil, utilizaremos 17/4PH para nuestro engranaje.

Al igual que en el proceso estándar de sinterizado selectivo por láser (SLS), el trabajo de impresión se prepara primero con el software Sintratec Central. El modelo 3D es importado, duplicado y dispuesto en el volumen de construcción disponible. En lo que respecta al diseño CAD, hay que tener en cuenta la contracción durante la fase de sinterización, que puede variar en función del material: en el caso del 17/4PH es del 14%. Una vez configurado, el trabajo de impresión se corta, se exporta y se envía al sistema a través de una unidad USB o una red local. En la estación de manipulación de materiales, llenamos los contenedores de polvo del módulo de construcción con el material 17/4PH de Headmade, con lo que la cantidad de polvo se calcula automáticamente.

En el Sintratec Fusion Module, el trabajo de impresión se selecciona e inicia a través de la pantalla táctil. Foto: Sintratec.

Una vez que el módulo de construcción está lleno, lo trasladamos al módulo de fusión, en este caso el Sintratec S2. Usando la pantalla táctil, seleccionamos nuestro trabajo de impresión y comenzamos a imprimir. Como su nombre indica, el proceso Cold Metal Fusion es frío: el lecho de polvo se mantiene sólo a unos 50°C, que es una temperatura mucho más baja en comparación con los polímeros convencionales. Esto hace que el proceso de impresión sea muy estable y permite reutilizar todo el material sin sinterizar. Una vez finalizada la impresión, retiramos el módulo de construcción para eliminar el polvo de las denominadas piezas verdes en la estación de manipulación de materiales, de forma similar al proceso de polímero.

Tras el despolvoreado, los últimos restos de polvo se eliminan en una estación de lavado mediante un chorro de agua a 30 bares. Este paso también garantiza un acabado superficial liso y una gran precisión de las piezas. Dado que en la industria las piezas verdes suelen ser muy quebradizas, esta facilidad de manipulación y postprocesado es toda una novedad. Esto se debe al ingenioso material, que consiste en una matriz aglutinante de plástico con púas metálicas que sobresalen. Cuando el componente plástico se funde durante la fase de impresión, se rellenan todas las cavidades, lo que da como resultado una pieza verde de gran resistencia.

Tras el postprocesado, cargamos las piezas verdes en una bandeja y las llevamos a la estación de desbobinado. Aquí, una vez cerrada y sellada la puerta, se inunda la cámara con un disolvente de acetona a una temperatura que aumenta gradualmente. Lo que ocurre bajo el microscopio es que el disolvente penetra en la pared de las piezas y empieza a extraer uno de los componentes de plástico. Tras una noche de desbobinado, sacamos nuestras piezas marrones transformadas de la estación para seguir procesándolas.

A continuación, transferimos las denominadas piezas marrones al horno de sinterización. En su interior, la cámara se calienta a más de mil grados. A medida que aumenta la temperatura, las partículas de metal comienzan a unirse para formar una pieza metálica densa, mientras se quema cualquier resto de plástico. Este proceso de sinterización dura entre 10 y 15 horas, pero es el mismo independientemente del tamaño del horno o del número de piezas que se procesen. Una vez sinterizadas las piezas metálicas, pueden retirarse y mecanizarse si es necesario.

Ahora que hemos terminado, tenemos en nuestras manos una pieza pura de acero inoxidable 17/4PH. No quedan residuos del plástico que se utilizó en los pasos anteriores. Y, en comparación con la fabricación convencional, estas piezas tienen el mismo nivel de rendimiento mecánico, con mucha más libertad de diseño y complejidad. De hecho, el proceso CMF produce componentes con un excelente alargamiento del 13,2% tras el endurecimiento, que supera los estándares MIM. Combinada con el hardware de la Alianza CMF, esta tecnología permite a los usuarios gestionar las porosidades, disponer de canales de flujo libre en sus diseños y lograr propiedades mecánicas superiores. Con estas capacidades únicas, el proceso CMF establece sin duda un nuevo estándar en el sector de la FA metálica.