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Fabricación aditiva 3D de metales amorfos | TRUMPF

Fabricación aditiva 3D de metales amorfos

El nuevo supermaterial de la fabricación aditiva

Extremadamente fuertes pero al mismo tiempo muy elásticos: los metales amorfos (cristales metálicos) son el nuevo supermaterial en la impresión 3D de numerosas aplicaciones de alta tecnología. Sus apasionantes propiedades encierran un enorme potencial para los componentes innovadores en los campos de la tecnología médica, la industria aeroespacial, la robótica, la E-Mobility o el sector del estilo de vida.

¿Qué son los metales amorfos?

Los metales amorfos también se denominan cristales metálicos y tienen talentos extraordinarios para muchas cosas. Porque aunque tienen una resistencia extrema, son altamente elásticos al mismo tiempo. En realidad, son dos propiedades opuestas, la naturaleza única de los cristales metálicos lo hace posible. Los metales amorfos, a diferencia de los materiales cristalinos, no tienen una estructura de red ordenada. Esto se debe a la alta velocidad de enfriamiento de la colada. Esto impide que las partículas se dispongan uniformemente en el metal. El resultado: un estado sólido amorfo, es decir, no cristalino, en el que los átomos permanecen en un estado casi desordenado.

¿Qué ventajas tienen los cristales metálicos?

Una dureza y resistencia elevadas junto con una alta elasticidad: esta combinación única genera innumerables ventajas en la fabricación de componentes amorfos.

Comportamiento isotrópico

Los componentes amorfos tienen las mismas propiedades materiales en todas las direcciones espaciales. Esto supone muchas ventajas, por ejemplo, en la fabricación aditiva, ya que el volumen constructivo puede aprovecharse de forma óptima junto con la alineación del componente.
 

Biocompatibilidad

Los componentes amorfos impresos en 3D son biocompatibles y, por lo tanto, están predestinados a muchas aplicaciones de tecnología médica. Así, los implantes amorfos pueden adaptarse individualmente a la estructura corporal del paciente.

Elasticidad

Los metales amorfos tienen un alto límite elástico combinado con una extensión elástica de casi el 2 %. Esto da lugar a muchas ventajas en la producción de implantes, sensores o articulaciones macizas, ya que la amortiguación se mejora significativamente.

Construcción ligera

Gracias a su gran resistencia , los componentes fabricados con metales amorfos pueden ser más delgados, alcanzar un mayor ahorro de material y, por tanto, ser más ligeros. Esto es especialmente importante en el campo de la robótica o la tecnología médica, pero también en el sector aeroespacial y la E-Mobility.

Uso en ambientes muy fríos

Los metales amorfos son dúctiles a baja temperatura, lo que significa que son excelentes para su uso en aplicaciones a temperaturas extremadamente bajas y conservan sus propiedades. Por lo tanto, esta clase de material está predestinada a la industria aeroespacial.

Resistencia al desgaste

Los metales amorfos tienen una dureza muy elevada y, por tanto, una baja abrasión, similar a la de la cerámica. Esta propiedad es especialmente importante para los componentes sometidos a grandes esfuerzos en la fabricación de útiles y la construcción de moldes, así como en productos de estilo de vida como los relojes de alta calidad.

Metales amorfos: 3 preguntas sobre el nuevo supermaterial

¿Cómo se pueden imprimir en 3D los metales amorfos?

TRUMPF y Heraeus AMLOY han desarrollado conjuntamente un proceso que funciona con un enfoque muy fino y un volumen de fusión extremadamente pequeño. El calor se disipa rápidamente. De este modo, se alcanza el tiempo de enfriamiento crítico de 200 Kelvin por segundo: del lecho de polvo surge un implante adaptado individualmente y solidificado de forma amorfa.

¿Cuáles son las ventajas de los metales amorfos para los implantes?

Como los cristales metálicos no tienen red cristalina, se comportan de forma completamente diferente a los demás metales. Son al mismo tiempo extremadamente fuertes, muy elásticos y muy resistentes al desgaste. Así, los implantes fabricados con metales amorfos también pueden soportar de forma excelente las enormes tensiones dentro del cuerpo humano. Esto no solo incluye los golpes o las sacudidas. La mandíbula está sometida a una tensión permanente al morder y masticar; un arco costal puede soportar unos ocho millones de movimientos respiratorios al año.

¿Por qué los cristales metálicos son especialmente adecuados para imprimir huesos en 3D?

Las aleaciones amorfas tienen un módulo de elasticidad cercano al del hueso humano. Esto supone una enorme ventaja para el proceso de curación y la capacidad de recuperación de la parte del cuerpo previamente debilitada. Al mismo tiempo, las aleaciones son resistentes a la corrosión y están certificadas como biocompatibles.

Aleaciones de metales amorfos: 4 propiedades en el punto de mira

Heraeus AMLOY ha desarrollado aleaciones innovadoras que son ideales para la fabricación de implantes innovadores, entre otras cosas. Ya están disponibles aleaciones a base de circonio como Amloy-ZR01 y Amloy-ZR02, esta última ya es un material biocompatible certificado según las normas ISO 10993-5 e ISO 10993-12. Además, el titanio se considera un material para componentes médicos tales como implantes óseos o marcapasos. Las investigaciones actuales sobre las aleaciones de titanio para aplicaciones de tecnología médica son prometedoras. Ya sean de titanio o de circonio, las aleaciones amorfas tienen propiedades diferentes y, por tanto, son especialmente ventajosas para aplicaciones específicas.

 
¿Qué aplicaciones amorfas existen?

Desde los relojes de estilo de vida hasta la tecnología médica o la construcción ligera: los metales amorfos abren nuevas posibilidades de aplicación para una amplia gama de sectores e industrias. Una gran ventaja principal proviene de la combinación de la impresión 3D y los cristales metálicos. ¡Descúbralo!

Más información

¿Qué aplicaciones amorfas existen?

Desde los relojes de estilo de vida hasta la tecnología médica o la construcción ligera: los metales amorfos abren nuevas posibilidades de aplicación para una amplia gama de sectores e industrias. Porque la combinación de la impresión 3D y los cristales metálicos permite sobre todo una cosa: el material puede procesarse de forma óptima y generar las estructuras más finas con superficies lisas. Las aplicaciones que requieren una gran resistencia a la corrosión y al desgaste pueden aplicarse de forma ideal. 

Tecnología médica

Con los metales amorfos, la tecnología médica consigue exactamente lo que busca: los materiales perfectos para fabricar bisturíes duraderos o instrumentos mínimamente invasivos. Pero los metales amorfos también desempeñarán un papel importante en el cuerpo humano en el futuro: como implantes.

Productos de estilo de vida

Las superficies de alta calidad que se pueden pulir y su resistencia a los arañazos dan a los productos de estilo de vida ese «algo» especial. Por lo tanto, son esenciales para la electrónica de consumo, la relojería y la joyería de alta calidad.

Industrias generales

Mediante el método aditivo, muchos componentes de fabricación industrial pueden producirse como un todo. Esto significa que los componentes no tienen que ser fabricados individualmente y luego ensamblados.

Con estas máquinas se imprime de forma amorfa, incluso en serie

¿Por qué la impresión 3D y los metales amorfos son un verdadero «Dream Team»?: lea aquí cómo los sistemas TruPrint de TRUMPF y los polvos de alta pureza y especialmente optimizados de Heraeus AMLOY funcionan perfectamente juntos.

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Con estas máquinas se imprime de forma amorfa, incluso en serie

Un auténtico «Dream Team»: impresión 3D y metales amorfos O dicho de otro modo: los sistemas TruPrint de TRUMPF y los polvos de alta pureza y especialmente optimizados de Heraeus AMLOY. Esto se debe a que las TruPrint 1000 y 2000 son especialmente adecuadas para la impresión de metales amorfos. Los pequeños diámetros del rayo permiten las más altas calidades de superficie. Esto simplifica o incluso elimina la necesidad de un tratamiento posterior de las aplicaciones. El polvo sobrante puede prepararse «inerte» para el proceso LMF posterior, es decir, bajo gas protector. Esto protege el material de influencias nocivas como el oxígeno, que reacciona rápidamente con los cristales metálicos. Con un diámetro del rayo de 55 µm, el láser crea un pequeño baño de fusión. El calor se disipa rápidamente y se mantiene la tasa de enfriamiento crítica de 200 Kelvin por segundo. El metal no puede cristalizar de esta manera. En la TruPrint 2000, incluso dos láseres de 300 vatios exponen en paralelo todo el volumen constructivo. Así, los componentes amorfos pueden ser producidos en serie de una manera productiva y de alta calidad. Gracias a la Condition Monitoring, la Powder Bed Monitoring y la Melt Pool Monitoring, los fallos en el proceso también pueden detectarse en una fase temprana. Un asunto redondo.

Ask the Expert: nuestro especialista en materiales, Christian Schauer, explica

Christian Schauer presenta el nuevo grupo de materiales de cristales metálicos y sus propiedades y aplicaciones especiales.

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