Servicios de impresión 3D de titanio - EBM

La fusión por haz de electrones (EBM) está impulsando el crecimiento de la fabricación aditiva con su capacidad para fabricar de manera eficiente piezas de titanio precisas y de alta resistencia.

Fusión por haz de electrones para piezas de titanio personalizadas

La fusión por haz de electrones (EBM) forma parte de la familia de tecnologías de fusión por lecho de polvo. A diferencia de la sinterización láser directa de metal (DMLS), utiliza un haz de electrones para fundir el polvo de titanio y crear la pieza deseada capa a capa. Wstitanium invirtió en una máquina de impresión 3D con fusión por haz de electrones en 2018 y comenzó a ofrecer este servicio. La tecnología EBM permite crear piezas de titanio con estructuras complejas y de alta resistencia. Como su nombre indica, la principal diferencia entre la fusión por haz de electrones y la tecnología de sinterización láser directa de metal reside en la fuente de calor utilizada. En este caso, la tecnología EBM utiliza un haz de electrones generado por un cañón de electrones. Este último extrae electrones de un filamento de tungsteno al vacío y los proyecta de forma acelerada sobre la capa de polvo metálico depositada en la placa de impresión de la impresora 3D. Estos electrones fundirán selectivamente el polvo, produciendo la pieza. En comparación con la fusión láser de lecho de polvo, la EBM es un método de fabricación aditiva con mayor consumo energético que puede aumentar la productividad y controlar mejor los efectos del estrés térmico durante la impresión 3D de metal.

¿Cómo funciona la fusión por haz de electrones?

Todo comienza con el modelado 3D de la pieza de titanio que necesita crear. Puede modelarla manualmente con software CAD, obtenerla mediante escaneo 3D o descargando un modelo de su elección. El modelo 3D se envía al software de corte, que lo cortará según las sucesivas capas físicas del material depositado. El cortador envía toda esta información directamente a la impresora 3D, que puede comenzar su proceso de fabricación. El polvo de titanio se carga en un tanque dentro de la máquina. Se deposita en capas finas, se precalienta antes de fundirse con el haz de electrones. En particular, este paso proporciona mayor soporte a las áreas salientes de la pieza impresa en 3D.

Paso 1La plataforma de construcción se asegura de que esté limpia y libre de contaminantes, y luego se extiende uniformemente una fina capa de polvo de titanio sobre la superficie. El haz de electrones se activa, calentando la plataforma a una temperatura alta. Por ejemplo, el titanio requiere entre 600 y 700 °C.

Paso 2La fusión de polvo capa por capa consiste en extender una nueva capa de polvo tras la fusión de la anterior. El haz de electrones funde selectivamente el polvo según el modelo digital, garantizando una construcción precisa capa por capa. El polvo se funde solo donde es necesario para construir la geometría de la pieza final.

Paso 3:Las lentes electromagnéticas y las bobinas de deflexión controlan con precisión la posición y el enfoque del haz de electrones para garantizar una fusión precisa.

Paso 4Los pasos de extensión, calentamiento y fusión se repiten una y otra vez hasta que se forma la pieza. La pieza final parece un bloque semisólido o una torta de polvo. El bloque contendrá todo el polvo precalentado, esté fundido o no. La pieza se retira y se desempolva.

Paso 5El monitoreo de procesos y el control de calidad implican el uso de sensores y cámaras para monitorear el proceso de fusión en tiempo real, mientras el sistema rastrea los parámetros de construcción y ajusta el proceso para garantizar un resultado de alta calidad.

Servicios de acabado

Después Una vez finalizado el proceso de fabricación, el maquinista retira la pieza de titanio de la máquina y rocía el polvo no fundido con una pistola de aire comprimido o un cepillo. Posteriormente, se pueden retirar los soportes de impresión y separar la pieza de la plataforma de impresión. Los pasos posteriores a la impresión pueden incluir el mecanizado de las superficies en contacto con otras piezas, el pulido, etc. En algunos casos, puede ser necesario calentar la pieza en un horno durante varias horas para liberar las tensiones generadas durante el proceso de fabricación.

Nota: Toda la fabricación debe realizarse al vacío para que el haz de electrones funcione correctamente. Esto también evita que el polvo se oxide al calentarse. Al final del proceso de producción, gran parte del polvo no fundido puede reutilizarse casi directamente. Es comprensible el interés de esto para los fabricantes, especialmente en el sector aeroespacial, donde normalmente solo el 20 % del material adquirido se utiliza para producir la pieza final, y el resto se elimina mediante mecanizado CNC.

Materiales metálicos permitidos por EBM

Dado que la electroerosión se basa en el principio de cargas eléctricas, el material utilizado debe ser conductor de electricidad. Si el material no posee propiedades conductoras, no habrá interacción entre el haz de electrones y el polvo. Por lo tanto, es técnicamente imposible fabricar piezas de polímero o cerámica con un haz de electrones; solo se pueden utilizar metales. Algunos materiales comunes incluyen:

Ventajas de la MBE

Las piezas de titanio fabricadas con EBM poseen excelentes propiedades físicas, además de ser resistentes y densas. Una ventaja clave de la tecnología de haz de electrones es la velocidad de impresión: permite calentar e imprimir el polvo en varios puntos simultáneamente. El haz de electrones de alta energía también precalienta el polvo antes de fundirlo, acelerando así el proceso. Además, las impurezas se eliminan durante el proceso de fusión con haz de electrones de alta intensidad.

Alta densidad de piezas
Imprime más rápido que DMLS
Excelentes propiedades mecánicas
Minimiza la necesidad de tratamiento térmico.
El polvo no utilizado es reciclable en un 95-98%
Requiere menos soporte que DMLS

Desventajas de la MBE

Las piezas de titanio EBM tienen una superficie rugosa, pueden requerir un acabado superficial adicional y no son tan precisas como otras tecnologías de impresión 3D.

Aplicación de piezas de titanio EBM

Debido al alto coste de las impresoras 3D y los polvos de EBM, esta tecnología aún no se ha utilizado en la producción a gran escala. Normalmente, se utiliza para fabricar series cortas de piezas con estructuras complejas. Como cabría esperar de una tecnología empleada para fabricar piezas de titanio de alta resistencia, se utiliza en numerosos campos. El EBM ha encontrado aplicaciones en campos como la medicina, la aviación y el automovilismo.

Aeroespacial

La fusión por haz de electrones (EBM) permite crear álabes de turbina ligeros y de alta resistencia con canales de refrigeración complejos para mejorar el rendimiento y la eficiencia. La EBM también beneficia a los componentes estructurales aeroespaciales al crear geometrías complejas y proporcionar una alta resistencia mecánica, mejorando así el rendimiento y la durabilidad de las aeronaves. El secreto del éxito de las palas reside en su capacidad para procesar materiales calientes y propensos a las grietas, como el aluminuro de titanio (TiAl), que es un 50 % más ligero que las aleaciones de níquel con las que se fabrican habitualmente. Una turbina impresa íntegramente en 3D puede reducir el peso de un motor hasta en un 20 %, lo que supone un gran avance para la industria aeronáutica. Además, el potente haz de electrones puede fundir capas más gruesas que su principal competidor, la fusión láser de lecho de polvo, lo que la convierte en una opción más rápida y eficiente para esta aplicación. Entre los motores a reacción equipados con estas palas impresas en 3D se incluyen el LEAP, el GEnx, el GE90 y el GE90, que propulsan aviones de pasajeros como el Boeing 777, el Dreamliner y el 747-8.

Médico

A medida que la complejidad de los dispositivos médicos, como los implantes ortopédicos, aumenta, EBM ofrece mayor libertad de diseño, a la vez que cumple con los requisitos de la industria médica de propiedades mecánicas superiores. EBM diseña a medida para aplicaciones específicas de cada paciente, garantizando un mejor ajuste e integración. La capacidad de fabricación de precisión de EBM también permite la producción de restauraciones dentales duraderas y biocompatibles, mejorando la comodidad y la longevidad del paciente en aplicaciones dentales. EBM también puede fabricar otros implantes ortopédicos de gran tamaño, como componentes de rodilla femoral, bandejas tibiales, jaulas de rodilla y columna vertebral, y una gama de implantes de cerchas espinales.

Automóvil

En la industria automotriz, la fusión por haz de electrones (EBM) se utiliza para fabricar componentes ligeros, como piezas de motor y elementos estructurales, mejorando así el consumo de combustible y el rendimiento del vehículo. La EBM también ayuda a los fabricantes de automóviles en el prototipado y la producción de piezas personalizadas, acelerando las iteraciones de diseño y acortando el plazo de comercialización. Entre sus usos se incluyen bobinas para el tratamiento térmico de cigüeñales, bujes y husillos, transmisiones, rodamientos de orientación y más.

Manufactura Industrial

Una de las ventajas del EBM sobre el LPBF es su capacidad para crear piezas metálicas de gran pureza, sin porosidad ni oxidación. GH Induction, fabricante de equipos y maquinaria especializados para el calentamiento por inducción industrial, aprovecha esta ventaja para producir bobinas de cobre con una pureza del 99.99 %. Estas bobinas de la línea de productos 3D Inductor tienen una vida útil un 400 % mayor que sus homólogas tradicionales, a la vez que se benefician de la libertad de diseño que ofrece la impresión 3D.