Guía completa: Los metales en la impresión 3D

La fabricación aditiva de metal es una de las tecnologías de fabricación avanzada que más está creciendo a nivel industrial. De hecho, según un informe publicado por Grand View Research, el mercado mundial de la impresión 3D de metal se valoró en $6.360 millones en 2022. Además, se espera que este sector registre una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 24,2% para 2030. Este aumento se debe, en parte, a la amplia variedad de materiales compatibles con esta tecnología. Ya sea para impresoras 3D DMLS, DED, EBM o incluso sistemas de extrusión de metal: las posibilidades de estos materiales son prácticamente ilimitadas. En esta guía completa te presentamos los metales más utilizados en la impresión 3D y las características de cada uno de ellos.

Aluminio

Este material ofrece una excelente combinación entre ligereza y solidez. Además de ser resistente a la corrosión, también se puede soldar. En comparación con los aceros, es menos resistente y más sensible a las altas temperaturas. Se utiliza principalmente en áreas donde el peso es fundamental como en partes mecánicas de coches de carrera, aeronáutica, aeroespacial, bicicletas, etc. Rara vez está presente en estado puro y se encuentra más a menudo como una aleación con metales que mejoran sus propiedades físicas y mecánicas, como el silicio y el magnesio. Un ejemplo típico es el aluminio AISi10Mg, ofrecido por el fabricante alemán EOS en forma de polvo. De esta manera se consigue fabricar piezas sólidas y complejas.

Créditos: HRL Laboratories, LLC

Aleaciones de aluminio

Como hemos mencionado, las aleaciones de aluminio se encuentran con más frecuencia que la forma pura y se usan tradicionalmente en muchas aplicaciones industriales, aeroespaciales y automotrices. Además, poseen una alta relación resistencia-peso y también demuestran una buena resistencia a la carga y la corrosión del metal.

Acero

Siendo uno de los metales más comunes en la industria 3D, no es de extrañar que el acero fuera el primer metal utilizado en la fabricación aditiva. En este grupo podemos encontrar dos tipos: el acero inoxidable y el acero maraging. El acero inoxidable está bastante presente en la vida cotidiana, la industria mecánica y la medicina. Tiene buenas propiedades metálicas y permite obtener una superficie pulida y brillante. Varios fabricantes de la industria 3D ofrecen este material, como EOS, ProMetal o Desktop Metal. Algunas de sus propiedades incluyen: dureza, resistencia a la tracción, conformabilidad y resistencia al impacto. También es posible imprimir piezas de bronce u oro utilizando acero inoxidable como material base. Esto se consigue, por ejemplo, recubriendo las capas de polvo de acero inoxidable con pegamento para inyectar bronce en la impresión. Por otro lado, la empresa EOS ha desarrollado el llamado acero Maraging Steel MS1, que se utiliza en la fabricación de herramientas o moldes, gracias a su solidez y resistencia a la rotura.

Pieza impresa en 3D de acero inoxidable.

Aleaciones de cobre

El cobre es otro de los metales compatibles con la fabricación aditiva. Entre sus propiedades destacan la alta conductividad eléctrica y térmica, su ductilidad (deformación plástica sin rotura) y su maleabilidad (deformación mediante compresión). En el sector de la impresión 3D el cobre se puede encontrar tanto en forma de filamento como en polvo metálico. Gracias a sus características, este metal es ideal para aplicaciones de gestión térmica e ingeniería eléctrica (inductores, electrodos, intercambiadores de calor, etc.), así como para el utillaje y la fabricación de herramientas. Algunas de sus aleaciones más comunes son: CuNi2SiCr, CuCrZr, CuCP, Cu.

Créditos: Beamler

Galio

Incluso en I+D, el galio se utiliza como aleación con un 25% de indio, para imprimir objetos a partir de pequeñas burbujas metálicas o de cables metálicos autoportantes para unir componentes electrónicos. Lo que hace que esta aleación sea especial es que, además de fundirse a una temperatura baja de casi 30°C, los dos metales también se endurecen en el aire mientras que el interior permanece líquido, lo que permite que la impresión sea flexible. Sin embargo, el precio sigue siendo la principal barrera a la hora de querer comercializar este material para su uso en la impresión 3D.

Titanio

El titanio es el material por excelencia de la medicina y la industria aeroespacial, gracias a su excelente composición tanto de fortaleza como de peso, además de su alta resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Se trata de un metal que podemos encontrar en forma de polvo o filamento. Todos los grados de titanio exhiben una resistencia a la corrosión extrema, ductilidad y soldabilidad, aunque el grado uno es relativamente más moldeable que los grados dos, tres y cuatro. El cuarto grado es el más fuerte. La impresión 3D facilita la fabricación de piezas de titanio y evita las impurezas obtenidas con las técnicas tradicionales durante la fase de soldadura. Sin embargo, una gran desventaja de este material es su elevado coste, ya que es unas 50 veces mayor que el del acero.

Pieza impresa en 3D de titanio aeroespacial.

Aleaciones de titanio

Al igual que con las aleaciones de aluminio, las aleaciones de titanio tienen propiedades mecánicas y un comportamiento químico mejorados. La aleación Ti6Al4V es la más utilizada, ocupando un 56% del mercado total del titanio, debido a su buen equilibrio entre resistencia mecánica, ductilidad, resistencia a fatiga y tenacidad de fractura. Estos metales se utilizan en la fabricación aditiva para producir una amplia gama de componentes industriales, incluidas hojas, piezas de sujeción, anillos, discos, cubos y recipientes. Las aleaciones de titanio también se utilizan para producir partes de motores de coches de alto rendimiento como cajas de cambios y bielas.

Cobalto-cromo

Compatibles con las técnicas EBM y DMLS, las aleaciones de cobalto exhiben una mejor calidad que las obtenidas con métodos de producción tradicionales, como la fundición a la cera perdida. Al igual que las aleaciones de titanio, las aleaciones de cobalto-cromo, conocidas como CoCrMo, se utilizan ampliamente en medicina para la fabricación de prótesis tanto en ortopedia como en odontología. Esto se debe gracias a su rigidez, suavidad, estado superficial resistente al desgaste y ausencia de corrosión. Además, las industrias automotriz y aeroespacial utilizan algunas aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno altamente resistentes al calor. EOS ofrece aleaciones CobaltChrome MP1 y SP2 que son resistentes a altas temperaturas (600°C). Por otro lado, la empresa Arcam, perteneciente a GE Additive, comercializa la ASTM F75, que también se utiliza ampliamente para la producción de herramientas y molduras.

Implantes dentales impresos en 3D. (Créditos: EOS)

Aleaciones a base de níquel

El níquel es un material increíblemente versátil, que se puede encontrar en forma de polvo o filamento, y que es capaz de alearse con otros metales. Las superaleaciones de níquel-cromo, como son el Inconel 718 e Inconel 625, permiten la fabricación de piezas metálicas fuertes y resistentes a la corrosión. Dichas aleaciones se utilizan principalmente en la aeronáutica, la automoción y la industria petroquímica, donde se someten a altas tensiones y temperaturas. Las propiedades mecánicas de las aleaciones a base de níquel en la fabricación aditiva, como Inconel 625, se mejoran considerablemente mediante el uso de cantidades significativas de níquel, cromo y molibdeno en el metal.

Metales preciosos

Anteriormente vimos que es posible agregar pegamento para inyectar bronce y oro en un objeto impreso de acero. También existe otra forma de imprimir con estos metales, que es mediante la fundición de metal. Este vaciado es un molde elaborado con cera perdida, con el acabado a mano. Este método es muy utilizado en joyería y en la fabricación de pequeños objetos. Uno de los problemas y limitaciones de esta moldura es que debes tener en cuenta las formas delgadas que se deben evitar, además de asegurarte de tener un grosor mínimo de 0,8 mm a 1 mm para que se respeten las paredes. La fase de acabado es la clave para un buen acabado superficial, especialmente para monedas de plata. Con el oro es posible obtener diferentes tonalidades de colores (rosa, blanco y amarillo).

Para terminar, es importante tener en cuenta que hoy en día es posible modificar la estructura atómica del metal durante la impresión en 3D. Al hacer esto, tendrás una solidificación más rápida y uniforme, lo que puede resultar en un metal más rígido y resistente. Para obtener más información sobre tecnologías de impresión 3D de metal, puedes leer nuestra guía completa AQUÍ.

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*Créditos foto de portada: Sigma Additive Solutions