Presentación sobre el uso de metales en la impresión 3D

1. G R U P O 3
Martin Sanchez Pozo (100%)
Erich Esnaiber Becerra Sánchez (100%)
Jose Gonzalo Carretero Echaiz (100%)
Luis Angel Choquepura Puma (100%)
Richard Wernir Torres Pinedo (100%)
Gerardo Briceño Lazaro (100%)
integrantes:
Impresion
3D en
Metales

2. Introducción
La materia prima y sus
propiedas
Equipos e intrumentos
utilizados
Determinación de
parametros
Resultados del
proceso
Control de calidad y
defectos
Referencias
01
02
03
04
05
06
07
C O N T E N I D O S

3. Introducción

4. Es una rama de la fabricación aditiva, la
cual se basa en la producción de piezas
capa por capa a partir de un modelo
digital en 3D.
Procesos y tecnologias de fabricación
aditiva con Metales:
Extrusión de Material
Fused Deposition Modeling (FDM)
Fusión por Lecho de Polvo
Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
Selective Laser Melting (SLM)
Electron Beam Melting (EBM)
Material Jetting (MJ)
Binder Jetting (BJ)
I M P R E S I O N 3 D E N
M E T A L E S

5. T E C N O L O G I A S D E
I M P R E S I O N 3 D E N
M E T A L E S
FUSED DEPOSITION MODELING
(FDM)
Usa un filamento metalico (alambre) que se
desenrrolla y pasa a travez de una boquilla de
extrusión que funde el material y forma la pieza
capa por capa usando un software CAM. El
material se endurece inmediatamente despues de
la extrusión
DIRECT METAL LASER SINTERING
(DMLS)
Esta tecnología utiliza un láser de alta potencia
para calentar pequeñas partículas de polvos
metalico, que se unen por difución y estan
dispuestas en una base aislada del exterior y
llena de gases que previenen la oxidación. Se
agrega más polvo y se usa el láser nuevamente
hasta terminar la pieza.

6. F U S E D
D E P O S I T I O N
M O D E L I N G ( F D M )

7. D I R E C T M E T A L
L A S E R S I N T E R I N G
( D M L S )

8. SELECTIVE LASER MELTING (SLM)
Al igual que el metodo DMLS, utiliza un lasér de al
ta intencidad y una base de polvo metalico. Sin
embargo, en este caso se realiza una fusión
completa del material para que las uniones sean
homogeneas y se logre que la pieza producida
tenga una sola temperatura de fusión.
T E C N O L O G I A S D E
I M P R E S I O N 3 D E N
M E T A L E S
ELECTRON BEAM MELTING (EBM)
A diferencia de los metodos DMLS y SLM utiliza un
haz de elctrones en lugar de un láser.

9. S E L E C T I V E L A S E R
M E L T I N G ( S L M )

10. MATERIAL JETTING (MJ)
Es un proceso de inyección de material líquido. Este
mismo primero se calienta entre 30-60 grados para
tener una viscosidad apropiada, el material es un
fotopolímero sensible a la luz ultravioleta.
Finalmente, la máquina inyecta el material a través
del cabezal y cura a este mismo con las luces
ultravioleta y repitiendo este mismo proceso capa
por capa.
T E C N O L O G I A S D E
I M P R E S I O N 3 D E N
M E T A L E S
BINDER JETTING (BJ)
Es un proceso de combinación del material en
polvo a través de la inyección de un material
aglutinado y de esta manera hacerlo por
cada capa. El polvo no se funde, por
consiguiente puede usarse con una gran
diversidad de materiales, pero en desventaja
las propiedades mecánicas son más débiles.

11. M A T E R I A L
J E T T I N G ( M J )

12. B I N D E R
J E T T I N G ( B J )

13. Fabricación de diseños complejos.
Evita el desperdicio de material.
Rapidez de prototipado.
No necesita moldes para la
fabricación.
Compatibilidad con materiales
avanzados.
Requiere un bajo uso de energía.
Es la tecnologia de impresion de
metales más usada debido a que:
V E N T A J A S
P R O C E S O S L M

14. Coste de equipos elevados.
Calidad superficial limitada.
Limitación de tamaños de
impresión.
Tiempos de impresión largos.
Requerimiento de equipos de
protección.
Riesgo de porosidad y defectos.
D E S V E N T A J A S
P R O C E S O S L M

15. La Materia
Prima y sus
propiedades

16. M A T E R I A P R I M A
Acero: Inoxidable 316L, Martensitico, L-40
Aluminio: AlSi10Mg
Titanio: Ti 6Al4V
Cobre
Inconel
Los metales que se prueden procesar con la
tecnologia SML son :

17. M A T E R I A P R I M A
Atomización de Gas (GA)
Atomización Rotatoria (RA)
Electrodo Rotatorio de Plasma (PREP)
Atomización de Agua (WA)
La materia prima del proceso SLM son polvos metalicos, estos
es fabrican con los procesos:
GA PREP

18. P R O P I E D A D E S
A N T E S D E S L M
Propiedades mecánicas: Las propiedades
mecánicas del material, como la resistencia,
la dureza y la tenacidad, deben cumplir con
los requisitos específicos de la aplicación.
Estas propiedades pueden variar según el
proceso de SLM y el diseño de la pieza.
Microestructura: Antes del SLM, los polvos metálicos generalmente
tienen una microestructura que se asemeja a una colección de
partículas esféricas o irregulares de tamaño submicrométrico a
micrométrico. La microestructura suele ser amorfa o policristalina.

19. P R O P I E D A D E S D E
L A M A T E R I A
A N T E S D E S L M
Dureza: La dureza de los polvos metálicos antes del SLM varía según
el tipo de metal y la aleación utilizados. Los polvos metálicos pueden
tener una dureza que abarca desde suaves (por ejemplo, aluminio)
hasta muy duras (por ejemplo, aceros endurecidos). La dureza inicial
del polvo puede influir en las propiedades mecánicas de la pieza
impresa en 3D.
Micrografía: Si se utilizan polvos metálicos, cerámicos o plásticos en
el proceso de SLM, la granulometría de los polvos es crítica. Deben
tener un tamaño y distribución de partículas específicos que sean
compatibles con la máquina SLM utilizada. Esto afecta la densidad y
la calidad de la capa fundida.

20. Equipos e
Instrumentos
Utilizados

21. Software CAD y CAM: Para el
diseño y creación del archivo
que recibira la impresora
Impresora SLM: produce la
pieza usando como materia
prima el polvo metalico
P R O C E S O S L M

22. Software CAD y CAM: Para el
diseño y creación del archivo
que recibira la impresora
Impresora SLM: produce la
pieza usando como materia
prima el polv metalico
P R O C E S O S L M

23. Instrumentos de Metrologia:
Revisar que las dimendiones
son apropiadas
Horno: Donde se realizan los
tratamientos termicos si es que
son necesarios
Maquinas de Mecanizado:
Llevar a las piezas a las
tolerancias permitidas en el
caso de que sobre material
P R O C E S O S L M

24. Determinación
de parametros

25. D E T E R M I N A C I Ó N
D E P A R A M E T R O S
Tamaño y morfología de las partículas
de polvo
Intensidad del haz láser
Potencia del láser
Velocidad de escaneo
Distancia entre líneas de barrido
Espesor de capa
Patrón de escaneo
Los parametros que determinan la calidad
de la pieza a fabricar son:

26. T A M A Ñ O Y M O R F O L O G I A
D E L A S P A R T I C U L A S D E
P O L V O
El tamaño de las partículas de polvo influye
en la fusión de la superficie deseada
Afecta significativamente en la deposición de
la capa de polvo
La velocidad de impresión
Una morfología esférica es más conveniente
Unidad: 20 - 70 um

27. I N T E N C I D A D D E L H A Z
L A Z E R
Se define como la potencia aplicada por el
área que cubre (W/cm^2)
La distribución no es uniforme
Se puede modificar

28. P O T E C I A D E L L A Z E R ( P )
Mide la energía suministrada por el láser, se
mide en Watts (W)
Esta en función del material que se está
trabajando
Una potencia excesiva puede dañar la
impresión, puede llegar a valores de 1KW
Está directamente relacionada con otros
parámetros

29. V E L O C I D A D D E E S C A N E O ( V )
Es la velocidad a la que se mueve el rayo
láser. se mide en mm/s
Es proporcional al tiempo de impresión
Valores demasiado altos o bajos pueden
resultar perjudiciales para el resultado
deseado
Normalmente comprendido entre los 1.000 y
2.500 mm/s

30. D I S T A N C I A E N T R E L I N E A S
D E B A R R I D O
Es la distancia (mm) entre los centros de líneas
paralelas al momento de pasar por cada capa
Debe haber cierta superposición entre las líneas
Es proporcional al tiempo de impresión
El espesor de capa debe estar en función de este
parámetro
Densidad de Energía Superficial: hace referencia a la
cantidad de energía transmitida a la superficie del
polvo durante el proceso de impresión y se mide, en
J/mm2
( d )

31. E S P E Z O R D E C A P A
Es la altura (mm) de cada para de la impresión
Determina el acabado y la resolución de la pieza
Es proporcional al tiempo de impresión
Los espesores utilizados oscilan entre 0,02 hasta 0,10 mm
Densidad de energía por unidad de volumen (Ed): Se
forma al incluir h en la ecuación de densidad de energía
superficial, se expresa en J/mm3
Velocidad de Construcción: mide el volumen de material
producido por hora, normalmente expresado en cm3/h
( h )

32. P A T R O N D E E S C A N E O
Es la estrategia y escaneo que se sigue el láser al moverse en cada capa
Se puede realizar de múltiples formas: unidireccional, bidireccional, con rotación de 90º entre cada capa,
por islas cambiando la dirección de escaneo entre capas, etc.
Influye en la porosidad, textura y propiedades mecánicas del material

33. Resultados del
Proceso

34. P O R O S I D A D
La porosidad es el porcentaje de volumen
de aire que contiene el volumen de la
pieza, en el proceso de SLM la porosidad
disminuye a medida que el proceso
avanza. Al compactar el polvo metálico se
obtiene un mayor grosor el cual aumenta
el contacto entre partículas.
Imagen: Porosidad vs grosor de capa

35. P R O P I E D A D E S
M E C Á N I C A S
Imagen: Gráfica Porisidad vs velocidad de escaneo Imagen: esfuerzo a la tracción vs velocidad de escaneo

36. I N S P E C C I Ó N N O
D E S T R U C T I V A

37. M I C R O D U R E Z A
Imagen. Tabla de Microdureza
Velocidad de escaneo.
Tiempo de incidencia del láser.
Temperatura.
Densidad.
Mejora de la oposición a la penetación.
Procesos de mejora de la microdureza

38. M I C R O D U R E Z A
La potencia del láser afecta a la
microdureza, se obtiene un pico de
microdureza a los 400 W de potencia.
Se fusionan las partículas
adecuadamente dándole una correcta
densificación y dureza al cordón. Es
recomendable no pasar de los 400 W
para evitar pérdidas en microdureza.
Imagen: Gráfica Microdureza vs Potencia

39. E N S A Y O D E
T R A C C I Ó N
Velocidad de ensayo:
2mm/min
Fuerza máxima: 50 kN
Datos de propiedades
mecánicas recopiladas con el
software de la máquina.
Máquina de ensayo universal
Autograph AG-IS de la
compañía Shimadzu.
Información importante:

40. E N S A Y O D E
T R A C C I Ó N
Esfuerzo de rotura entre 115 y
580 MPA.
Módulo elástico entre 13.1 y
38.2 GPA.
Elongación entre 1.29 y 12.18
%.
Para SLM:

41. Control de
Calidad y
Defectos

42. M E C A N I Z A D O D E
A L T A P R E S I C I Ó N
Un desafío importante en la fabricación
aditiva es la terrible rugosidad de la
superficie, que induce la concentración de
tensiones, lo que reduce la vida útil ante la
fatiga y también genera un error de
ensamblaje
Por lo que se recurre al mecanizado de alta
precisión que garantiza los requerimientos
mecánicos del producto.
Imagen. Rugosidad superficial generada después de impresión 3D
de cilindro de aluminio mediante tecnología SLM.

43. C O N T R O L D E
C A L I D A D
En la industria, la rugosidad de las
superficies es un parámetro crítico en
diversas aplicaciones. Es por esto que el
rugosímetro es un instrumento de medición
utilizado para evaluar la rugosidad de una
superficie
Imagen. Rugosiimetros y su metodo de uso

44. C O N T R O L D E
C A L I D A D
La inspección visual es un primer paso
importante. Los operadores y los inspectores
deben revisar visualmente las piezas
impresas en busca de defectos superficiales,
tales como grietas, porosidades,
deformidades o cualquier otra irregularidad
visible.
Imagen. Inspeccion visual

45. C O N T R O L D E
C A L I D A D
Los ensayos no destructivos, como
ultrasonido, partículas magnéticas y líquidos
penetrantes, se utilizan para detectar
defectos sin dañar la pieza. Estos ensayos
son esenciales para evaluar la integridad
estructural y detectar posibles defectos
internos o superficiales.
Imagen. Ensayos no destructivos

46. Referencias

47. R E F E R E N C I A S
Sanglas, J. D. i. (s/f). CONTRIBUCIÓN A LA FUNDICIÓN SELECTIVA POR LÁSER DE PIEZA
METÁLICA MEDIANTE EL ESTUDIO DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y DE MANUFACTURA.
Udg.edu. https://dugi-doc.udg.edu/bitstream/handle/10256/8029/tjds.pdf?
sequence=5&isAllowed=y
Syed A.M. , Elias P. , Amit B. 3 , Susmita B. 3 , L. O’Donoghue et al(2018). Additive
manufacturing: scientific and technological challenges, market uptake and opportunities.
Materials Today, Volumen(21), Páginas 22-37, https://doi.org/10.1016/j.mattod.2017.07.001,
Elsevier.

48. Gracias