Polvos metálicos reutilizados: eficiencia en la impresión 3D de metales a una nueva escala

La impresión 3D de metales ha evolucionado hacia la producción en serie, y la reutilización de polvos metálicos se presenta como un reto y una oportunidad para aumentar la sostenibilidad y eficiencia en el sector metalmecánico.

---

Con el auge de los requisitos de sostenibilidad en todas las industrias, la optimización de recursos y la minimización de desperdicios se han convertido en temas centrales en las discusiones sobre buenas prácticas industriales. De este modo, en la industria metalmecánica se ha hecho aún más visible un mercado en crecimiento, pero con particularidades muy específicas: la necesidad de reciclar polvos metálicos utilizados como materia prima en la fabricación aditiva.

En la última década, la fabricación aditiva de metal se ha consolidado en el sector industrial, pasando de ser una técnica utilizada para la creación de prototipos a alcanzar un nivel de madurez que le permite producir en serie piezas de uso final. Lo anterior ha ampliado el mercado de aplicación de la impresión 3D de metal, dependiente de polvos metálicos para fabricar piezas. ¿Cuál es su ventaja frente a las técnicas de producción convencionales? Existe la posibilidad de reciclar sus materiales.

En sus inicios, los productores tuvieron que recurrir a materiales sobrantes con características genéricas debido a la falta de polvos metálicos diseñados específicamente para la impresión 3D. Hoy en día, aunque es posible adquirir polvos con las especificaciones necesarias, el principal desafío radica en la reutilización efectiva de estos polvos sobrantes por parte de los fabricantes.

¿Cuál es la raíz del problema?

La clave está en mantener el polvo dentro de las especificaciones correctas para el proceso de fabricación. En la fusión láser de lecho de polvo (LPBF), por ejemplo, solo se fusiona una pequeña cantidad de material para crear un objeto, dejando el resto intacto. La reciclabilidad, por tanto, depende en gran medida del material utilizado, ya que cada uno se desgasta de manera diferente.

Por otro lado, varios aceros no son tan susceptibles a degradarse en términos de propiedades químicas como las aleaciones de titanio o aluminio. La distribución del tamaño del polvo debe ser similar a una curva de campana, y los polvos deben ser generalmente esféricos para facilitar el flujo y asegurar que la dosificación de las capas sea consistente y repetible. Esencialmente, el número de ciclos de reutilización está limitado por la medida en que el material se degrada antes de que quede fuera de especificación.

Le puede interesar: ¿Qué es impresión 3d y en qué consiste?

Rendimiento y validación del material

El rendimiento de cada polvo variará según el sistema utilizado, y es fundamental que los fabricantes comprendan cómo funcionará un material en una máquina específica, lo que requiere experimentos de validación. Además, el tipo de pieza creada influirá en la reutilización del polvo. Las estructuras complejas, como las reticulares, tienen más zonas afectadas por el calor que las simples, lo que acelera el desgaste del polvo.

El ambiente en la cámara de construcción es crucial. Una cámara bien sellada puede extender los ciclos de reutilización del material al impedir que el aire y la humedad entren en su atmósfera. Las partículas en la zona afectada por el calor absorberán las moléculas de oxígeno, nitrógeno y agua disponibles, lo que afectará la química del polvo.

¿Qué debe tener en cuenta para poder reutilizar el polvo metálico?

Las características técnicas de los polvos metálicos son estrictas y diversos factores pueden influir en su composición, entre ellos:

-Composición química: Debe ser altamente pura, especialmente para aplicaciones críticas en las industrias aeronáutica y de la salud, donde las aleaciones de titanio y níquel requieren bajos niveles de oxidación.

-Distribución granulométrica: Es crucial; por ejemplo, se prefieren partículas de alrededor de 40 µm para la fusión selectiva por láser (SLM) y de 80 µm para la fusión por haz de electrones (EBM).

-Morfología del polvo: Debe ser esférica y libre de satélites, lo que facilita el flujo y la distribución uniforme durante la impresión. Asimismo, la densidad y la fluidez del polvo, evaluadas mediante pruebas macroscópicas, son esenciales para garantizar la estabilidad y repetibilidad del proceso de dosificación.

-Manejo y almacenamiento: Estos polvos requieren medidas preventivas debido a su reactividad y riesgo de explosión, especialmente para materiales como el aluminio y el titanio.

- Inertización: Es necesaria con gases como argón o nitrógeno para evitar la oxidación y la absorción de humedad durante todo el proceso, desde el transporte hasta el almacenamiento y tamizado después de la impresión.

Lea también: ¿Qué es manufactura aditiva? Beneficios y aplicaciones