La importancia del análisis del tamaño y la redondez de las partículas para la impresión 3D

La impresión 3D, es un tipo de tecnología de prototipado rápido, también conocida como fabricación aditiva. Esta tecnología se basa en archivos de modelos digitales, que utiliza materiales adhesivos como metal en polvo o plástico para construir objetos imprimiendo capa por capa en 3 dimensiones. La impresión 3D es posible gracias a una impresora de materiales de tecnología digital. Se utiliza a menudo en la fabricación de moldes, el diseño industrial y otros campos para hacer modelos/piezas que finalmente se utilizan en la fabricación directa de productos. La impresión de piezas mediante esta tecnología es algo habitual hoy en día y está sustituyendo rápidamente a otras tecnologías que se han utilizado tradicionalmente. Esta tecnología tiene aplicaciones en joyería, calzado, diseño industrial, construcción, ingeniería y construcción (AEC), automoción, industria aeroespacial, dental y médica, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y armas de fuego, por citar sólo algunas.

Factores que afectan a la impresión 3D

La distribución del tamaño de las partículas, la redondez, la composición química, el contenido de oxígeno y la fluidez del polvo afectan a los índices de rendimiento de las piezas impresas en 3D.

En la actualidad, los rangos de tamaño de partícula del polvo comúnmente utilizado en la impresión 3D de metal es de 15-53μm, 53-105μm, y puede ampliarse a 105~150μm en algunos casos. Este rango de tamaño de partícula a utilizar depende de las diferentes fuentes de energía de las impresoras de metal. Las impresoras que utilizan un láser como fuente de energía, debido a su fino punto de enfoque y la relativa facilidad con la que puede fundir polvos finos, y el rango de tamaño de 15~53 μm de polvo es adecuado para su uso. Un haz de plasma puede utilizarse como fuente de energía para la impresora cuando se funde polvo grueso y utiliza polvo de 53-105μm.

La redondez es la medida de proximidad de las partículas de polvo metálico a un círculo y su rango es de 0-1, teniendo las esferas perfectas un valor de 1. La fluidez es la capacidad de una sustancia para fluir fácilmente y su valor se determina a partir del tiempo que tarda una determinada masa de polvo metálico en fluir a través de una herramienta de medición con una apertura especificada (s/50g). En general, cuanto mayor es el valor de redondez, mayor es la fluidez de las partículas de polvo. Esto, a su vez, significa que es más fácil controlar la colocación y alimentación del polvo durante la impresión 3D en metal, y obtener así piezas con una mayor calidad de impresión.

Análisis del tamaño de las partículas de polvo de aleación de níquel

Los productos metálicos impresos en 3D de alta calidad se consiguen cuando las partículas grandes y pequeñas del polvo metálico se mezclan en proporciones adecuadas. De acuerdo con la introducción anterior, es muy importante detectar el tamaño de las partículas y la distribución del polvo metálico. En la actualidad, el analizador láser de tamaño de partícula se utiliza generalmente para detectar el tamaño de partícula y la distribución de dichos polvos metálicos. A continuación se muestra la prueba del polvo de aleación de níquel.

Figura 1. Diagrama de distribución granulométrica de un polvo de aleación de níquel Diagrama de distribución granulométrica de una muestra de aleación de níquel.

Figura 2. Análisis granulométrico de la muestra de aleación de níquel en la medición Bettersizer 2600

Análisis de redondez en polvo de aleación de níquel

El polvo esférico o subesférico tiene una buena fluidez, por lo que es mucho menos probable que obstruya el sistema de suministro de polvo durante el proceso de impresión. Además, el polvo esférico es más fácil de extender en una capa fina, lo que mejora la precisión dimensional y la calidad de la superficie de las piezas impresas en 3D. Además, la densidad y uniformidad de las piezas también mejoran, lo que hace que los polvos esféricos sean la materia prima preferida para la impresión 3D. A continuación se muestra el análisis de redondez en el polvo de aleación de níquel.

Figura 3. Imagen de la muestra de aleación de níquel en la medición BeVision S1

Figura 4. Análisis de redondez de la muestra de aleación de níquel en la medición BeVision S1

Conclusión

Hay indicios de que la impresión 3D está recibiendo una enorme atención en todo el mundo de la fabricación industrial. A medida que la tecnología de impresión 3D madura y se desarrolla, cada semana se descubren más aplicaciones para satisfacer al máximo las necesidades personalizadas de cada consumidor. Para algunas piezas especialmente complejas que son difíciles de procesar y no requieren una producción en serie, la impresión 3D tiene una gran ventaja competitiva. Para mantener esta ventaja competitiva, es imprescindible controlar la distribución de las partículas y su redondez, con el fin de ofrecer un producto de mayor calidad en la fabricación aditiva.