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Laser Metal Fusion: ventajas, principios de funcionamiento y aplicaciones de la tecnología aditiva

Laser Metal Fusion (LMF), fusión por láser basada en lecho de polvo, es un procedimiento de fabricación aditivo en el que se crea gradualmente una pieza de trabajo en un lecho de polvo. Para ello, un láser funde el polvo metálico en los puntos exactos especificados por los datos de diseño CAD del componente, creando así capas de material. De ahí que el método sea conocido también como impresión de metal en 3D o impresión metálica en 3D. Otro término habitual en el sector es el de sinterización por láser y fusión por láser. El método es ideal para la producción en serie de piezas con geometrías complejas, que presenten canales internos y cavidades afiligranados cuya creación sea imposible o menos eficiente empleando procedimientos convencionales como el torneado o el fresado. Mediante la impresión 3D industrial se obtienen componentes sumamente robustos y al mismo tiempo con un peso reducido, lo cual resulta especialmente ventajoso para la construcción ligera o para la fabricación a medida de implantes y prótesis. Además, el método Laser Metal Fusion es un procedimiento de fabricación sostenible, ya que a diferencia de los métodos abrasivos no se arrancan virutas y por consiguiente se desperdicia menos material. Con casi dos décadas de experiencia en la tecnología aditiva, TRUMPF ofrece paquetes completos aptos para el uso industrial del método sobre lecho de polvo, consistentes en máquinas, servicios y digitalización procedentes de un mismo proveedor. Desde la identificación de piezas hasta el producto terminado y más allá, cubrimos para usted toda la cadena de procesos.

Integración de funciones

El método LMF permite a los usuarios crear directamente a partir de modelos CAD 3D componentes funcionales, p. ej., estructuras flexibles o  giratorias.

Refrigeración cercana al contorno

Mediante LMF se pueden fabricar componentes con refrigeración cercana al contorno. Tales componentes disipan el calor generado directamente allí donde aparece.

Estructuras de rejilla

La fabricación aditiva permite el diseño de estructuras filigranadas en una disposición compleja.

Diseño para la fabricación aditiva

Libertad en el diseño: En la impresión de metal en 3D, es el diseño el que determina la fabricación del componente, a diferencia de lo que ocurre en los métodos de producción convencionales.

Productividad

En la impresión 3D metálica prácticamente no existen tiempos de preparación. Gracias a la opción multiláser y a los componentes de automatización, seguirá aumentando la eficiencia de su producción.

Eficiencia

La manipulación industrial de piezas y polvo de TRUMPF aumenta la rentabilidad de su producción.

Limpieza

Un circuito de polvo cerrado garantiza un entorno de producción limpio y seguro.

Explicación breve del proceso Laser Metal Fusion

El punto de partida del método Laser Metal Fusion es el modelo 3D virtual del componente. Durante la preparación de datos se convierten los datos de diseño en un archivo de tareas de construcción legible por máquina. Aquí, los componentes se posicionan en la placa de sustrato y, de ser necesario, se colocan estructuras de apoyo. Para el proceso de impresión, se dividen los componentes en capas individuales ("slice") y se definen las vías de láser correspondientes ("hatch") Finalmente, la generación gradual de la pieza de trabajo tiene lugar en la cámara de proceso, sobre una placa de sustrato y bajo gas protector. En la cámara hay cilindros de almacenamiento, de construcción y de rebose situados uno junto a otro en un mismo eje. El dispositivo de recubrimiento de capas desplaza el polvo desde el cilindro de almacenamiento al cilindro de construcción (1). A continuación, el láser funde la primera capa de polvo para crear el contorno de la pieza, unida fuertemente a la capa subyacente (2). En el siguiente paso, el cilindro de construcción desciende una capa (3). El componente, por así decirlo, se construye en el lecho de polvo. El excedente de polvo se deposita en el cilindro de rebose. Este proceso se repite hasta que se haya generado por completo el componente. A fin de incrementar la productividad, TRUMPF utiliza en sus sistemas varios láseres que trabajan de manera simultánea. Esto se conoce como principio multiláser. Finalmente, en una estación de desempaquetado se elimina el polvo metálico de la pieza terminada. A continuación, se separa el componente de la placa, se retiran las estructuras de apoyo si están presentes y, en caso necesario, se somete la pieza a mecanizado de acabado.

Explicación funcional de Laser Metal Fusion (sinterizado láser) mediante un esquema funcional.

Explicación breve del principio funcional de la impresión 3D metálica.


Aplicaciones y ámbitos de uso: tan polifacéticos como la propia tecnología

Implantes craneales de titanio personalizados creados mediante fabricación aditiva

Implante craneal

El método Laser Metal Fusion satisface los elevados requisitos de calidad y seguridad planteados a la fabricación de dispositivos e implantes médicos. Por ejemplo, en 8,45 horas y con casi 5000 capas se fabricó el implante craneal de titanio mostrado en la imagen.

Lightweight design of a mounting bracket generated with a TruPrint 1000

Escuadra de montaje

En el ámbito aeronáutico y aeroespacial, la construcción ligera combinada con un buen flujo de fuerza dentro de la pieza de trabajo tiene una gran importancia. Este así llamado diseño de topología optimizada se puede fabricar fácilmente mediante el método de lecho de polvo: es el caso de la escuadra de montaje para puertas de avión mostrada en la imagen, que se creó en 8 horas y apenas 2700 capas.

Bloque hidráulico fabricado aditivamente con máquinas TruPrint de TRUMPF

Bloque hidráulico

El bloque hidráulico mostrado en la imagen se utiliza para el acoplamiento entre la válvula de distribución y el cilindro hidráulico. Su fabricación mediante el método Laser Metal Fusion permite reducir su volumen total en un 80 % y la pérdida de presión en un 93 %, sin ninguna merma funcional. Su construcción tuvo lugar sin estructuras de apoyo y se completó en once horas.

Canal distribuidor

La fabricación convencional de este canal distribuidor habría requerido cinco piezas individuales. La fusión por láser basada en lecho de polvo le permite fabricar directamente el componente terminado. Mediante LMF resulta sencillo generar canales de atemperados complejos cercanos al contorno. Además, los clientes se benefician de una reducción del tiempo de ciclo, así como de unos procesos de producción térmicamente estables con una tasa de desperdicio mínima. El distribuidor mostrado en la imagen se fabricó en 70 horas.

Soporte de eje

En la industria del automóvil, la fusión láser basada en lecho de polvo permite crear prototipos funcionales complejos, con rapidez y sin necesidad de útiles. La fabricación aditiva del soporte de eje mostrado, optimizado en diseño y topología, requirió cinco horas.

Dental product produced with the TruPrint 1000

Placa dental

También el sector dental se beneficia de las múltiples ventajas de la fabricación aditiva. Capa por capa, a partir de material biocompatible se pueden crear las estructuras más complejas con alta precisión y en un tiempo récord. La placa dental con coronas dentales mostrada en la imagen se fabricó en seis horas con unas 1200 capas.

Componente del campo R&D

En el desarrollo de parámetros o de la aplicación, se aplica la tarea de construcción ilustrada. Las barras largas se procesan tras la separación de la placa de sustrato en pruebas de tracción. Con estas, se pueden comprobar la resistencia y la deformabilidad del componente. Tras la separación y el afilado, el resto de componentes cuadrados se ponen bajo el microscopio para buscar posibles fallos finos. En ambos casos, se está garantizando la calidad del componente.

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¿Qué productos son adecuados para el método Laser Metal Fusion?

Laser Metal Fusion (LMF)

Con frecuencia, el método Laser Metal Fusion se conoce también como impresión de metal en 3D, Powder Bed Fusion o Selective Laser Melting. El láser construye la pieza de trabajo capa por capa a partir de un lecho de polvo. Un modelo CAD proporciona el plano de construcción. No se necesita utillaje. Se aplica el polvo sobre una plataforma de construcción. El haz láser funde el polvo con absoluta precisión conforme a los datos CAD, y une la capa subyacente a los puntos definidos. El láser repite este proceso hasta que la pieza metálica está terminada. La pieza de trabajo posee las propiedades del material utilizado en forma de polvo. Se pueden utilizar un gran número de materiales metálicos en forma de polvo, tales como acero, aluminio o titanio.

Generación de componentes mediante Laser Metal Fusion

Ventajas de la fusión de metal por láser

Como complemento a los procedimientos de producción habituales, la tecnología LMF presenta una serie de ventajas. Su libertad de diseño prácticamente no conoce límites. De este modo, es posible realizar formas complejas y piezas individuales de manera rápida, flexible y económica. La tecnología LMF ofrece soluciones allí donde la fabricación convencional llega a sus límites y permite, además, una fabricación económica, ya a partir de tamaños de lote muy pequeños.

Radial turbine blower built with TruPrint 3000 (LMF)

Ámbitos de aplicación

Las piezas que se fabrican con este procedimiento satisfacen los máximos requerimientos de material para realizar las tareas más exigentes. Su estabilidad y bajo peso hacen que este procedimiento sea especialmente interesante para la construcción ligera y las estructuras biónicas, tales como las que se utilizan, por ejemplo, en los sectores de la aeronáutica y aeroespacial, automoción o también en la tecnología médica.

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