S'explica el procés SLM d'impressió 3D de metall

SLM és una tecnologia d'impressió 3D metàl·lica avançada que utilitza un raig làser d'alta-energia per fondre i solidificar la pols metàl·lica capa per capa, permetent la fabricació precisa de peces metàl·liques. Aquesta tecnologia ofereix avantatges com alta precisió, alta resistència i alta tenacitat, la qual cosa la fa especialment adequada per a la fabricació de peces metàl·liques amb geometries complexes. En comparació amb els mètodes tradicionals de processament de metalls (com ara fosa, forja i mecanitzat), SLM entra dins de la categoria de fabricació additiva. No requereix motlles ni eines de tall, i pot "creixer" peces sòlides directament a partir d'un model digital 3D, escurçant molt el cicle de desenvolupament del producte des del disseny fins a la fabricació. És especialment adequat-per a la producció en petits-lots i diverses-varietats de peces amb estructures complexes.

control de l'ordinador i, a continuació, escaneja la pols metàl·lica capa per capa segons un camí de model 3D preestablert. La calor del raig làser fon la pols, que després es refreda i es solidifica ràpidament, formant una capa metàl·lica rere l'altra. Mitjançant l'acumulació-per-capa, finalment es produeix una peça metàl·lica completa.

Concretament, tot el procés de conformació té lloc normalment en una cambra segellada plena de gas inert (com nitrogen o argó) per evitar que la pols metàl·lica s'oxidi a altes temperatures i per garantir la qualitat de conformació. Després d'escanejar cada capa, la plataforma de construcció es redueix en un gruix de capa (normalment de 20 a 50 micres) i el mecanisme-d'escampament de pols estesa una nova capa de pols sobre la-capa ja formada. Aleshores, el làser torna a escanejar el contorn-de la secció transversal d'aquesta capa. Aquest cicle es repeteix fins que s'ha completat tota la part. Després de la formació, la peça s'ha de sotmetre a passos posteriors al-processament, com ara l'eliminació de pols, l'eliminació del suport, el tractament tèrmic i el tractament superficial abans que es converteixi en una peça entregable final.

Alta precisió: SLM pot aconseguir una precisió d'impressió de nivell{0}}micra, assegurant que les dimensions i la forma de la peça coincideixen molt amb els requisits de disseny -, especialment adequats per a funcions complexes, com ara canals de flux intern i estructures de gelosia que són difícils de mecanitzar amb mètodes tradicionals.

Alta resistència i tenacitat: com que la pols metàl·lica es fon completament i es refreda ràpidament durant el procés de fusió per làser, les peces fabricades per SLM tenen excel·lents propietats mecàniques i duresa, amb una densitat que arriba al 99% - en algunes mètriques de rendiment fins i tot superant les forjades tradicionals.

Diversitat de materials: SLM s'aplica a una àmplia gamma de materials metàl·lics, com ara acer inoxidable, superaliatges basats en níquel-, aliatges de titani, aliatges de cobalt-crom, aliatges d'alumini-d'alta resistència i metalls preciosos, oferint opcions àmplies per a aplicacions en diferents camps.

Alta llibertat de disseny: gràcies al principi de fabricació capa-per-capa, SLM permet dissenys optimitzats de topologia-, estructures de gelosia lleugeres i components integrats d'una-peça que els processos tradicionals no poden aconseguir, reduint de manera efectiva el nombre de peces i passos de muntatge.

Alt ús de materials: la pols metàl·lica no fosa es pot recuperar, garbellar i reutilitzar, reduint significativament els residus de matèries primeres en comparació amb el mecanitzat subtractiu tradicional.

La tecnologia SLM s'utilitza àmpliament en diversos camps, inclosos, entre d'altres:

Aeroespacial: SLM pot fabricar components complexos de motors d'avions i peces de naus espacials, satisfent la demanda de la indústria aeroespacial de components lleugers i d'alt rendiment--, com ara pales de turbines, broquets de combustible i suports estructurals.

Fabricació d'automòbils: a la indústria de l'automòbil, SLM es pot utilitzar per produir peces d'automòbils lleugeres, com ara suports de motor i engranatges de transmissió, ajudant a millorar l'eficiència i el rendiment del combustible. També s'utilitza àmpliament a la indústria de les carreres per al desenvolupament de peces personalitzades.

Biomedicina: En l'àmbit biomèdic, SLM pot fabricar dispositius mèdics com articulacions artificials i implants dentals, proporcionant als pacients solucions de tractament personalitzades. El seu disseny d'estructura porosa també ajuda a promoure el creixement i la integració del teixit ossi.

Fabricació de motlles: SLM es pot utilitzar per produir motlles d'injecció amb canals de refrigeració conformes, millorant significativament l'eficiència de refrigeració del motlle, escurçant els cicles d'emmotllament per injecció i millorant el rendiment del producte.

Equips industrials i dissipació de calor electrònica: en camps com ara equips de comunicació i dissipadors de calor electrònics de precisió, SLM també es pot utilitzar per fabricar peces funcionals amb estructures de refrigeració complexes, millorant l'eficiència de la dissipació tèrmica i la integració estructural.

El desenvolupament de la tecnologia SLM es remunta a la dècada de 1980. En aquell moment, l'empresa nord-americana 3D Systems va llançar el primer equip comercial SLM, marcant el naixement oficial de la tecnologia SLM. A mesura que la tecnologia va continuar desenvolupant-se i millorant, el rendiment dels equips SLM va avançar constantment, amb millores significatives en la velocitat d'impressió, la precisió i la fiabilitat. Al mateix temps, l'àmbit d'aplicació de la tecnologia SLM s'ha ampliat contínuament - des del seu enfocament inicial en l'aeroespacial fins a la fabricació d'automòbils, la biomedicina i molts altres camps.

Entrant al segle XXI, amb la maduració del disseny assistit per ordinador-, algorismes d'optimització de topologia i tecnologia làser d'alta-potència, els equips SLM han aconseguit gradualment l'exploració col·laborativa multi-làser, volums de construcció més grans i sistemes de supervisió de processos més intel·ligents. L'eficiència de la fabricació i la mida de la construcció han augmentat substancialment, impulsant la fabricació d'additius metàl·lics des de la investigació de laboratori cap a l'aplicació a escala industrial-.

De cara al futur, a mesura que la tecnologia SLM continua desenvolupant-se i innovant, s'esperen avenços en les àrees següents:

Millora de la velocitat i l'eficiència d'impressió: optimitzant els camins d'escaneig làser i els mètodes{0}}de dispersió de pols, s'esperen més millores en la velocitat d'impressió i l'eficiència de la tecnologia SLM.

Ampliació de l'àmbit d'aplicació: a mesura que la ciència dels materials segueix avançant i sorgeixen nous materials, la tecnologia SLM podrà servir una gamma encara més àmplia de camps, satisfent necessitats més diverses.

Reducció de costos: a mesura que la tecnologia SLM s'estén més i la competència del mercat s'intensifica, s'espera que el cost dels equips i materials disminueixi gradualment, fent que aquesta tecnologia avançada sigui més accessible per a més empreses i particulars.

Integració d'intel·ligència i digitalització: la combinació d'algoritmes d'intel·ligència artificial per a l'optimització adaptativa dels paràmetres del procés, juntament amb els sistemes de monitorització-en temps real de l'estat de la piscina de fusió i la detecció de defectes amb l'ajust de la retroalimentació en línia, millorarà l'estabilitat i la coherència del procés de conformació.

Desenvolupament de sistemes d'estandardització i qualitat: a mesura que s'aprofundeixin les aplicacions del sector, els estàndards d'inspecció i els sistemes de certificació per a peces SLM es continuaran perfeccionant -, especialment en camps d'alta-fiabilitat, com ara l'aeroespacial i la medicina -, fent que la tecnologia sigui "utilitzable" a "fiable".

Malgrat els seus importants avantatges, la tecnologia SLM encara s'enfronta a diversos reptes en l'aplicació pràctica. El primer és el problema de la tensió residual: a causa del ràpid escalfament i refredament inherent a la formació de capa-per-capa, les peces són propenses a una tensió tèrmica interna important, que pot provocar deformacions o fins i tot esquerdes. Com a resultat, sovint es requereix un disseny raonable d'estructura de suport i un tractament tèrmic posterior al-procés per alleujar l'estrès. La segona és la rugositat de la superfície: les peces formades SLM-normalment presenten un cert grau d'efecte d'escala-i adherència de pols, de manera que les superfícies que requereixen un ajust precís sovint encara necessiten mecanitzar o polir com a post-processament. A més, els costos d'equips i materials segueixen sent relativament elevats, i el procés és més econòmic per a la producció de-lots petits i-peça única que per a la producció en massa. Les empreses que consideren aquest procés han d'avaluar exhaustivament la complexitat de les peces, la mida del lot i els requisits de rendiment.

A més de SLM, altres tecnologies comunes de fabricació d'additius metàl·lics inclouen Electron Beam Melting (EBM) i Direct Metal Laser Sintering (DMLS). L'EBM utilitza un feix d'electrons com a font de calor i forma peces en un entorn de buit, el que el fa adequat per a materials sensibles a l'oxigen-com els aliatges de titani, amb una tensió residual relativament menor -, tot i que els costos de l'equip són més elevats i la qualitat de la superfície és generalment més rugosa. El DMLS és similar en principi a l'SLM, ambdós utilitzen un làser per fondre pols metàl·lic, i les dues sovint es consideren tecnologies similars; les principals diferències es troben en les convencions de denominació del fabricant i en determinats detalls del procés. En general, gràcies a la seva precisió de conformació relativament alta i la seva cadena de subministrament relativament madura, SLM continua sent un dels processos més aplicats en el camp de la fabricació d'additius metàl·lics.