Visión general de aleaciones de aluminio para impresión 3D
Las aleaciones de aluminio para impresión 3D ofrecen varias características beneficiosas, como una elevada relación resistencia-peso, una excelente conductividad térmica y resistencia a la corrosión, que las convierten en materiales adecuados para aplicaciones de impresión 3D en los sectores de automoción, aeroespacial, bienes de consumo y otros.
La fusión selectiva por láser (SLM) y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS) son los principales procesos de impresión 3D utilizados para los polvos de aleación de aluminio. Las partículas de polvo se funden capa a capa mediante un láser de alta potencia para construir geometrías de componentes complejas y personalizables.
Tipos de aleaciones de aluminio para impresión 3D
| Serie Alloy | Grados comunes | Características |
|---|---|---|
| Serie 2xxx | 2024, 2219, 2519 | Tratable térmicamente, alta resistencia |
| Serie 5xxx | 5005, 5052, 5083 | Resistencia moderada, soldable |
| Serie 6xxx | 6060, 6066, 6061 | Tratable térmicamente, mecanizable |
| Serie 7xxx | 7050, 7068, 7075 | Muy alta resistencia, baja resistencia a la corrosión |
Composición de aleaciones de aluminio para impresión 3D
Las aleaciones de aluminio contienen más de 97% de aluminio en peso junto con elementos de aleación como magnesio, silicio, manganeso y cobre añadidos para mejorar ciertas propiedades como:
- Magnesio - Aumenta la resistencia y la conformabilidad
- Silicio - Mejora la fluidez para aplicaciones de fundición
- Manganeso - Se añade para controlar la estructura del grano
- Cobre - Aumenta la resistencia y la maquinabilidad
- Zinc - Mejora la resistencia mediante endurecimiento por precipitación
- Cromo - Controla el tamaño del grano para una mayor tenacidad
Propiedades mecánicas
Los componentes de aluminio impresos en 3D demuestran una elevada resistencia mecánica similar a la de las aleaciones fundidas o forjadas. Algunos valores típicos son:
- Resistencia a la tracción - 340 a 565 MPa
- Límite elástico - 170 a 505 MPa
- Alargamiento a la rotura - 3% a 8%
- Dureza - 75 a 110 HRB
- Módulo de elasticidad en torno a 70 GPa
Características del aluminio imprimible en 3D
| Atributo | Detalles |
|---|---|
| Acabado superficial | La adherencia del polvo puede dejar un perfil de superficie semirrugoso y escalonado |
| Precisión | Generalmente es posible una gran precisión dimensional de hasta ±0,1% |
| Anisotropía | Se observan propiedades mecánicas direccionalmente más débiles |
| Porosidad | Se consigue una porosidad <1% con parámetros SLM optimizados |
| Flexibilidad de la aleación | Muchos grados 2xxx, 5xxx, 6xxx y 7xxx imprimibles |
Aplicaciones de aleaciones de aluminio para impresión 3D
| Industria | Aplicaciones típicas |
|---|---|
| Aeroespacial | Conductos de aviones, intercambiadores de calor, soportes estructurales |
| Automoción | Escuadras, soportes, disipadores de calor y herramientas a medida |
| Arquitectura | Paneles ligeros, celosías decorativas, pequeñas esculturas |
| Médico | Firmware como instrumentos quirúrgicos, implantes |
| Electrónica | Dispositivos de disipación del calor, como disipadores |
| Defensa | Piezas de bajo volumen con plazos de entrega reducidos |
Especificaciones del polvo de aluminio para la fabricación aditiva
| Parámetro | Tipo/Rango |
|---|---|
| Materiales | AlSi10Mg, AlSi7Mg0,6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| Tamaño de las partículas | 25 a 65 micras |
| Forma de las partículas | Mayoritariamente esférico, se permiten algunos satélites |
| Densidad aparente | Alrededor de 2,67 g/cc |
| Caudal | <30 s/50 g según ASTM B964 |
| Oxígeno residual | <0,4% para alta resistencia a la tracción |
Principales proveedores de aleaciones de aluminio para impresión 3D
Entre los productores de polvo de aleación de aluminio más populares para AM se incluyen:
- AP&C - Especializada en la atomización de materiales reactivos como el aluminio
- Aditivo para carpintería - Amplia gama de calidades de acero inoxidable y aluminio
- EOS - Suministros de polvos de aluminio prealeados para sistemas de impresión EOS
- Sandvik Osprey - Polvos esféricos de aluminio atomizados por gas
- Soluciones SLM - Optimización para impresoras SLM con aluminio de alta calidad
Consideraciones económicas
| Grado de aluminio | Precio medio del polvo |
|---|---|
| AlSi10Mg | $100-150 por kg |
| AlSi7Mg | $70-100 por kg |
| AlSi12 | $90-140 por kg |
Los polvos de aluminio virgen tienen una prima de 20-50% sobre los polvos reciclados. Los precios también dependen de la cantidad comprada, las características de las partículas, el proveedor y los precios vigentes del metal.
Ventajas e inconvenientes del aluminio impreso en 3D
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Reducción de peso frente a las piezas de acero | La alta reflectividad exige una mayor potencia láser |
| Creación rápida de prototipos, personalización | El postprocesamiento suele ser necesario para aliviar las tensiones |
| Consolida conjuntos en una sola pieza | El aluminio reactivo requiere atmósferas inertes |
| Gestión térmica mejorada | Tamaño máximo de las piezas limitado por el equipo utilizado |
| Compatible con chapado, pulido | Las aleaciones tienen una temperatura máxima de servicio inferior a la de los aceros. |
PREGUNTAS FRECUENTES
P: ¿Qué aleación de aluminio es la más adecuada para la fabricación aditiva?
R: AlSi10Mg es la aleación de aluminio más adoptada, ya que ofrece una buena combinación de fluidez, resistencia, dureza y resistencia a la corrosión, además de compatibilidad con diversas impresoras.
P: ¿Afecta la orientación de la estructura a las propiedades de los componentes de aluminio impresos en 3D?
R: Sí, la construcción vertical puede presentar 20-30% menores resistencias a la tracción y al límite elástico que las piezas construidas horizontalmente debido a la construcción capa por capa. El rendimiento mecánico también varía en función de la carga paralela o perpendicular a las capas.
P: ¿Qué tratamientos térmicos de disolución pueden mejorar las propiedades del aluminio?
R: El tratamiento térmico T6 (solubilizar y luego endurecer artificialmente) de algunas aleaciones de fabricación aditiva como AlSi10Mg puede aumentar significativamente la resistencia a la tracción, la dureza y la ductilidad en comparación con el estado as-built.
P: ¿Cómo se mejoran los acabados superficiales de las piezas de aluminio fabricadas aditivamente?
R: Diversos procedimientos de acabado, como el chorro de arena, el granallado, el pulido por láser, el mecanizado CNC, el esmerilado o el lijado, pueden ayudar a suavizar los contornos escalonados que suelen observarse en las superficies de aluminio as-built procedentes de la impresión en polvo.
P: ¿Afecta la reutilización del polvo de aluminio a las propiedades de las piezas impresas en 3D?
R: El reciclaje del polvo de construcción de aluminio hasta 10-20 veces no suele afectar al rendimiento mecánico. Pero más allá de 25 ciclos de reutilización, la disminución de la fluidez del polvo, la menor densidad y el aumento de las impurezas de oxígeno/nitruro pueden empezar a deteriorar la calidad y la resistencia del material.
