La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva (AM), utiliza polvos especializados para construir componentes tridimensionales con métodos de estratificación sucesivos. Esta guía es una referencia exhaustiva sobre los polvos para impresión 3D: tipos, características, especificaciones, métodos de fabricación, principales proveedores y precios, aplicaciones en distintos sectores, comparaciones con alternativas, preguntas frecuentes y mucho más.
Visión general de Polvos de impresión 3D
Los polvos de impresión 3D son materias primas que permiten la fabricación aditiva de piezas en plataformas de plástico, metal y cerámica. Características clave:
- Estado: Polvo de partículas ultrafinas
- Gama de tamaños: Normalmente 10-150 micras
- Morfología: La mayoría de las veces partículas de forma esférica
- Composición: Polímero, aleación metálica, cerámica, mezclas de arenisca
- Propiedades clave: Distribución del tamaño de las partículas, fluidez, densidad de empaquetamiento y microestructura.
Gracias al estricto control de las propiedades físicas de los polvos y a las interacciones con los procesos de impresión térmica y cinética, los polvos de impresión 3D facilitan geometrías de piezas complejas y gradientes de composición de materiales que no podrían conseguirse de otro modo.
Tipos de polvos de impresión 3D
| Categoría | Materiales | Método de impresión |
|---|---|---|
| Plásticos | Nylons, ABS, TPU, PEKK, PEEK... | Sinterizado selectivo por láser (SLS) |
| Metales | Aceros inoxidables, aceros para herramientas, titanio y aleaciones, superaleaciones... | Sinterizado directo de metales por láser (DMLS) |
| Cerámica | Alúmina, circonio, carburo de silicio | Chorro de ligante, modelado por deposición fundida |
| Compuestos | Mezclas de metal y plástico, mezclas de arenisca | Fusión por chorro múltiple (MJF), deposición de metales ligados |
| Biocompatible | PEEK, PLGA, TCP... | Fusión selectiva por láser (SLM) |
Cuadro 1: Principales categorías, materiales y plataformas de impresión asociadas para polvos de impresión 3D comerciales
Los polvos poliméricos, metálicos, cerámicos y compuestos contribuyen a la producción de piezas de uso final en los mercados aeroespacial, automovilístico, médico, dental e industrial.
Métodos de fabricación
Las técnicas clave para producir polvos de impresión incluyen:
Plásticos
- Polimerización de monómeros
- Inversión de fase
- Molienda criogénica de plásticos a granel
Metales
- Atomización de gas
- Atomización por plasma
- Fusión por inducción de electrodos
Cerámica
- Rutas sol-gel
- Métodos de emulsificación
- Procesos de secado por pulverización
La adaptación de los pasos de fabricación permite ajustar la distribución del tamaño de las partículas de polvo, la morfología, la microestructura, la química y el rendimiento resultante para satisfacer los requisitos del proceso de impresión 3D y de la aplicación.
Propiedades de Polvos de impresión 3D
| Propiedad | Papel en el proceso de impresión |
|---|---|
| Distribución granulométrica | Influye en la densidad de empaquetado, la capacidad de extensión, la fluidez y la adherencia entre capas |
| Forma de las partículas | Se prefiere lo esférico para un flujo suave a las partículas dentadas |
| Dureza de las partículas | Resiste la deformación durante los pasos de esparcimiento rodillo/cuchilla |
| Densidad a Granel | Permite un grosor de capa de polvo suficiente para la fase de construcción |
| Química | Determina el rendimiento mecánico y la estética de la pieza final |
| Contenido en humedad | Influye en el flujo y la adherencia del polvo |
Tabla 2: Atributos físicos clave del polvo, vitales para el éxito de la impresión 3D
Un control inadecuado de estas características interrelacionadas del polvo provoca una mala fluidez, esparcimiento, irregularidades en la laminación, defectos en las piezas y reducción de las propiedades mecánicas.
Especificaciones del polvo de impresión 3D
Existen normas industriales para la mayoría de los polvos de impresión 3D de polímeros, metales y cerámica:
Distribución del tamaño de las partículas
| Grado | Especificación | Ejemplos de materiales |
|---|---|---|
| Ultrafino | D10: 10-25μm D50: 20-45μm D90: 40-75μm | PEEK, PEKK Polímeros de alta temperatura |
| Fino | D10: 40-75μm D50: 60-90μm D90: 90-150μm | Nylon, metales ABS |
| Medio | D10: 75-100μm D50: 100-150μ D90: 130-200μm | Mezclas de arenisca, cerámica |
Normas de repetibilidad
| Métrica | Tolerancia |
|---|---|
| Distribución granulométrica lote a lote | ± 5% |
| Forma de las partículas lote a lote | ± 5% circularidad |
| Densidad aparente lote a lote | ± 2% |
Cuadro 3A: Perfiles de distribución granulométrica de polvos de impresión 3D de polímeros, metales y cerámica
| Propiedad | Método de ensayo | Umbral |
|---|---|---|
| Caudal Hall | ASTM B213 | <40 s para que fluyan 50 g |
| Densidad aparente | ASTM B212 | Densidad teórica mín. 60% |
| Densidad del grifo | ASTM B527 | Densidad teórica mín. 65% |
Cuadro 3B: Controles de calidad clave para el flujo y la densidad del polvo de impresión 3D
Cumplir o superar las especificaciones publicadas garantiza un rendimiento constante de los lotes.
Proveedores de polvos de impresión 3D
Muchos proveedores ofrecen polvos de impresión 3D para polímeros, metales y cerámica:
Polvos de polímero
| Empresa | Materiales | Precio/kg |
|---|---|---|
| Evonik | Nylon 12, PEEK, TPU, PEKK | $50-260 dependiente del polímero |
| BASF | Grados Ultrasint PA6, PA11, PA12 | $75-215 |
| Stratasys | Compuestos termoplásticos | $140-350 |
| Polymaker | PolySmooth, PolyLite, PolyFlex | $35-90 |
Polvos metálicos
| Proveedor | Tipos de aleación | Precios indicativos |
|---|---|---|
| Aditivo para carpinteros | Acero inoxidable, acero para herramientas, cromo-cobalto, superaleaciones | $55-215 aleación específica |
| Praxair | Titanio Ti64, Inconel 718, inoxidable 316L | $35-185 |
| Sandvik Osprey | Acero martensítico envejecido, grados inoxidables, superaleaciones de Ni | $75-305 aleación dependiente |
| Tecnología LPW | Aluminio AlSi10Mg, titanio Ti64, superaleaciones | $45-195 |
Polvos cerámicos y compuestos
| Marca | Materiales | Precios |
|---|---|---|
| 3DCeram | Alúmina, circonio, sílice | $35-125 cerámica específica |
| Adaptive3D | Compuestos/mezclas termoendurecibles y termoplásticos | $90-350 |
| Tritone | PEEK, PEKK, PPSU + relleno cerámico | $125-475 depende de la fórmula |
Tabla 4: Fabricantes especializados ofrecen una gama de polvos para impresión 3D
Los precios varían en función de las composiciones patentadas y las capacidades de rendimiento; póngase en contacto directamente con los proveedores para obtener presupuestos exactos. Algunos proveedores ofrecen muestras para pruebas.
Aplicaciones de Polvos de impresión 3D
Los polvos de impresión facilitan de forma única las geometrías de piezas complejas y personalizadas en todos los sectores:
| Industria | Componentes de ejemplo | Beneficios |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Álabes de turbina, toberas de cohete, chasis de UAV | Reducción de peso, mejora del rendimiento |
| Médico | Implantes y prótesis adaptados al paciente | Tallaje personalizado, biocompatibilidad |
| Automoción | Intercambiadores de calor, elementos ligeros del chasis | Consolidación de piezas, eficiencia |
| Industrial | Utillaje de producción a medida, plantillas | Plazos de desarrollo más cortos |
Cuadro 5: Principales sectores de uso que aprovechan las capacidades del polvo de impresión 3D
La capacidad de iterar rápidamente los diseños e imprimir tiradas cortas de forma económica permite innovar en las piezas de uso final.
Ventajas e inconvenientes de la impresión 3D con polvo
Ventajas sobre las técnicas sustractivas
- Facilita geometrías complejas y ligeras para aumentar la eficiencia
- Optimiza las microestructuras de los materiales para mejorar el rendimiento de las piezas
- Consigue componentes personalizados adaptados a las aplicaciones
- Reduce el tiempo de desarrollo/producción y los costes de capital
Desventajas a tener en cuenta
- Escala de producción y rendimiento limitados en algunos procesos
- Especificaciones estrictas para la materia prima en polvo
- El postprocesado suele ser necesario para la pieza final |
- Los costes de las piezas son actualmente superiores a los de la fabricación en serie |
El ajuste fino de la química del polvo y los parámetros de impresión tiene como objetivo una producción más eficiente. Los campos que aprovechan la personalización y el rendimiento continúan con una adopción agresiva.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué rango de tamaño de partícula funciona mejor para los polvos de impresión 3D metálicos?
R: De 10 a 45 micras facilita un buen empaquetado y esparcimiento a la vez que evita los retos que plantean los polvos ultrafinos en torno a la manipulación del polvo. La mayoría de las aleaciones presentan una buena distribución de 30±15μm.
P: ¿Qué proceso de impresión 3D con polvo de polímero ofrece el mejor rendimiento mecánico?
R: El sinterizado selectivo por láser (SLS) permite una fusión excelente y una producción de características finas, creando piezas de plástico de alto rendimiento que rivalizan o superan los procesos de moldeo por inyección.
P: ¿Cuánto tiempo puede durar almacenado el polvo de impresión 3D sin utilizar?
R: Si se mantienen sellados con desecante para protegerlos de la humedad en un entorno fresco y seco, los polvos mantienen sus características de fluidez durante al menos 12 meses. Incluso los polvos abiertos duran más de 6 meses antes de sufrir una degradación notable.
P: ¿La calidad del polvo de partida influye significativamente en las propiedades de la pieza impresa?
R: Sí, la pureza química del polvo y un control adecuado de las características del polvo determinan en gran medida las propiedades mecánicas, la estética, la precisión dimensional y la fiabilidad del rendimiento de la pieza final.
