Guía completa: Fusión por haz de electrones, ¡te explicamos todo!

La impresión 3D de fusión por haz de electrones (EBM) es parte de la familia de fusión de lecho de polvo: a diferencia de la fusión por láser, solo usa su nombre indica, un haz de electrones para fusionar partículas metálicas y crear, capa por capa, la pieza deseada. Comercializado por la empresa sueca Arcam en 2002, este proceso permite fabricar estructuras complejas y muy resistentes. Ten en cuenta que la compañía fue adquirida por GE Additive en 2016 y es la única que actualmente comercializa máquinas basadas en este proceso.

Por lo tanto, la principal diferencia con la tecnología SLM radica en la fuente de calor utilizada. Aquí, la tecnología EBM utiliza un haz de electrones producido por una pistola de electrones. Extrae los electrones de un filamento de tungsteno al vacío y los proyecta acelerados sobre la capa de polvo metálico depositado en la placa. Estos electrones luego pueden fusionar selectivamente el polvo y así hacer que la pieza del modelo en 3D.

La tecnología EBM utiliza un haz  de electrones(Créditos: Arcam)

¿ Cómo funciona la fusión por haz de electrones?

Si vamos un poco más allá en el funcionamiento de esta tecnología, es importante recordar que todo comienza con el modelado de una pieza en 3D: puedes lograrlo a través de un software CAD, obtenerlo mediante escaneo 3D o descargarlo el modelo que elijas. El modelo 3D se envía luego a un software de corte, también llamado Slicer 3D, que lo cortará en varias laminas, correspondientes a capas sucesivas de material. El software enviará toda esta información directamente a la impresora, que podrá comenzar el proceso de fabricación. El polvo de metal se puede cargar en el tanque dentro de la máquina. Se depositará en forma de capas delgadas que se precalentarán antes de ser fusionadas por el haz de electrones. Este paso permite soportar mejor las áreas más frágiles de la pieza que se está imprimiendo. Luego, la máquina repite estos pasos tantas veces como sea necesario para obtener la pieza completa.

Una vez que se completa la fabricación, el operador retira la pieza de la máquina y luego expulsa el polvo no fundido con una pistola de aire comprimido o un cepillo. Es necesario quitar los soportes de fabricación si hay algunos, separar la parte de la placa de producción y luego pasar a los acabados (mecanizado de las superficies en contacto con otras partes, pulido, …). En algunos casos, puede ser necesario calentar la pieza en un horno durante varias horas para liberar las tensiones inducidas por la fabricación.

Toda la fabricación debe realizarse al vacío para operar correctamente el haz de electrones. Esto también evita que el polvo se oxide al calentarse. Al final de la fabricación, una gran parte del polvo no fundido es reutilizable casi directamente. Es fácil entender el interés que esto representa para las industrias, en particular en el sector aeronáutico, donde con frecuencia el 20% del material comprado se usa realmente en la pieza final, el resto se elimina por mecanizado y se envía al reciclaje.

Materiales y aplicaciones de la tecnología de fusión por haz de electrones

Como el proceso se basa en un principio de cargas eléctricas, los materiales utilizados deben ser conductores. Sin esto, no puede ocurrir interacción entre el haz de electrones y el polvo. Por lo tanto, la fabricación de piezas de polímero o cerámica es técnicamente imposible con un haz de electrones y solo se pueden usar metales. Hoy en día, se utilizan principalmente aleaciones de titanio y cromo cobalto. El fabricante Arcam ha restringido la gama de materiales compatibles. Para poder usar o probar otro material, un usuario debe recibir capacitación remunerada y obtener una autorización que le permita usar su máquina como mejor le parezca.

En términos de aplicaciones, la tecnología EBM se utiliza principalmente en los sectores aeronáutico y médico, particularmente para diseñar implantes. Las aleaciones de titanio son particularmente interesantes debido a su biocompatibilidad, pero también a sus propiedades mecánicas, donde ofrecen ligereza y resistencia. La tecnología se usa ampliamente para diseñar palas de turbina, por ejemplo, o piezas de motor. La impresión 3D por fusión de haz de electrones creará piezas más rápido que la tecnología SLM, pero serán menos precisas y el acabado será peor porque el polvo es más granular.

¿Deberíamos favorecer el láser o el haz de electrones?

Los fabricantes que están interesados ​​en la impresión 3D de metal sin saber qué proceso utilizar se hacen esta pregunta con regularidad. La respuesta depende principalmente de lo que se deseas hacer porque cada proceso tiene sus ventajas y desventajas.

Puntos positivos:

• La velocidad de fabricación. El haz de electrones puede separarse para calentar el polvo en varios lugares simultáneamente, lo que permite acelerar significativamente la fabricación. Por el contrario, un láser debe escanear la superficie punto por punto.
• El precalentamiento del polvo antes de la fusión limita la deformación y, por lo tanto, reduce la necesidad de refuerzos y soportes durante la fabricación.

Puntos negativos:

• Precisión a nivel de polvo, el haz de electrones es un poco más ancho que el haz de láser, lo que no le permite alcanzar la misma precisión.
• El tamaño de las piezas que se pueden fabricar. La máquina Arcam con el mayor volumen de fabricación (Q20) permite un diámetro máximo de 350 mm para una altura de 380 mm cuando las máquinas láser (como el X-Line Concept Laser) ya ofrecen volúmenes de fabricación al menos el doble.

Arcam Q20 que funciona con la tecnología de fusión de haz de electrones

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