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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. 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 rectificado. 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 3D componentes funcionales, p. ej., con   conductos de refrigeración integrados.

Refrigeración cercana al contorno

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

Estructuras de rejilla

En la fabricación aditiva, una configuración con ayuda de estructuras de rejilla posibilita la fabricación mucho más rápida de componentes.

Fabricación dirigida por 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. Esto le posibilita un aprovechamiento siempre óptimo de sus máquinas e incrementa la eficiencia de su producción.

Automation

La gestión 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 en forma de dibujo CAD. Durante la preparación de los datos se divide la pieza de trabajo en múltiples capas individuales («slices»), y en caso necesario se incorporan estructuras de apoyo. 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. El contenido en oxígeno se sitúa en el 0,1 por ciento. 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. A continuación, el láser funde la primera capa de polvo para crear el contorno de la pieza. En el siguiente paso, el cilindro de construcción desciende, depositando el excedente de polvo 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.

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.

Construcción ligera de una escuadra de montaje generada mediante una 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 producido mediante fabricación aditiva

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 requirió cinco horas.

Producto dental construido mediante la 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.

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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.

Turboventilador radial creado con la TruPrint 3000 (Laser Metal Fusion)

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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