¿Se puede imprimir en 3D una aleación de titanio?

¿Le cuesta encontrar piezas complejas de titanio? Los métodos tradicionales pueden ser lentos y caros. Necesita una forma más rápida y flexible de obtener los componentes que demandan sus clientes.

Sí, las aleaciones de titanio pueden imprimirse en 3D, especialmente el popular Grado 5 (Ti-6Al-4V). Mediante un proceso denominado Fusión selectiva por láser¹ (SLM), el polvo fino de titanio se funde capa a capa para crear piezas resistentes y complejas para sectores como el aeroespacial y el médico, superando a menudo las capacidades de fabricación tradicionales.

Un cliente mío, Ahmed, que dirige un negocio de distribución de metales en Turquía, me preguntó hace poco sobre este tema. Almacena materiales para pequeños fabricantes y quería saber si la impresión 3D era un mercado viable para él. Él, como muchos otros, ve el potencial, pero necesita entender los detalles prácticos. Profundicemos en los detalles para que pueda ver si esta tecnología se ajusta a las necesidades de su empresa.

¿Cómo se imprimen en 3D las aleaciones de titanio?

¿Se pregunta cómo sale una pieza metálica maciza de una máquina? Parece complejo, pero la idea es sencilla. Hay que conocer el proceso básico para entender sus ventajas.

El método más común es la fusión selectiva por láser o SLM (Selective Laser Melting). Utiliza un láser de alta potencia para fundir y fusionar polvos metálicos capa a capa. Este proceso permite crear diseños intrincados que son imposibles con los métodos tradicionales de fundición o forja.

Basándome en mi trabajo con socios como Titonest Metal, el proceso comienza con un modelo digital en 3D. Este archivo guía a la impresora. La máquina extiende una capa extremadamente fina de polvo de aleación de titanio, normalmente Ti-6Al-4V, muy apreciado por su resistencia y su uso generalizado. A continuación, un potente láser funde selectivamente el polvo según el plano digital. La plataforma de construcción desciende, se aplica una nueva capa de polvo y el proceso se repite hasta completar la pieza. He visto cómo fabrican en serie componentes aeroespaciales complejos e implantes médicos personalizados. La precisión es increíble y abre un mundo de posibilidades para crear piezas ligeras y resistentes que antes eran demasiado difíciles o costosas de fabricar. Por eso cambia las reglas del juego en muchos sectores.

¿Qué metales no se pueden imprimir fácilmente en 3D?

¿Está pensando en introducirse en la impresión 3D? Quizá piense que se puede imprimir cualquier metal. Pero algunos materiales presentan verdaderos retos que pueden detener un proyecto en seco si no estás preparado.

No todos los metales son adecuados para la impresión 3D estándar con láser. Los principales culpables son los metales muy reflectantes, como el cobre puro o determinadas aleaciones de aluminio, y los metales con puntos de fusión muy bajos. Sus propiedades interfieren en el proceso de fusión por láser, lo que provoca malos resultados o impresiones fallidas.

Aprendí mucho sobre este tema colaborando con varios laboratorios de fabricación aditiva de Europa. Me explicaron que los metales muy reflectantes, como el cobre puro, rebotan gran parte de la energía del láser en lugar de absorberla. Esto significa que el polvo no se funde de forma adecuada o uniforme. El resultado es un baño de fusión inestable que da lugar a una pieza débil y porosa. Por otro lado, algunas aleaciones con puntos de fusión bajos pueden vaporizarse con demasiada facilidad bajo el intenso calor del láser, lo que también altera el proceso. Para evitar estos problemas, estos laboratorios tienen que desarrollar parámetros muy especializados. A veces incluso crean nuevos polvos mezclados, mezclando el metal difícil con otro material para mejorar su absorción de energía y su estabilidad durante la impresión. Es un recordatorio de que la ciencia de los materiales es tan importante como la propia tecnología de impresión.

¿Qué resistencia tiene el titanio impreso en 3D?

Es posible que piense que las piezas impresas en 3D son más débiles que las forjadas. Es una preocupación común. Pero, ¿es cierto? Es necesario conocer la resistencia real para confiar en ella en aplicaciones críticas.

El titanio impreso en 3D es sorprendentemente resistente, a menudo igualando o incluso superando la resistencia de las piezas forjadas tradicionalmente. Con un posprocesamiento adecuado, sus propiedades mecánicas son lo suficientemente fiables para sectores exigentes como el aeroespacial, la defensa y los implantes médicos, donde el fallo no es una opción.

Regularmente realizamos pruebas en las piezas que producen mis socios. Mediante ensayos de tracción ASTM E8, hemos visto que los componentes de Ti-6Al-4V impresos en 3D alcanzan resistencias a la tracción de hasta 895 MPa. Para ponerlo en perspectiva, es muy competitivo con las versiones forjadas o forjadas de la misma aleación. La verdadera ventaja se produce tras un paso de postprocesado denominado Prensado isostático en caliente² (HIP). Este proceso utiliza calor y presión elevados para eliminar los microporos internos que pudieran haberse formado durante la estampación. Nuestras pruebas de fatiga demuestran que los componentes tratados con HIP tienen una vida útil hasta 15% más larga que las piezas forjadas tradicionales. Esto significa que pueden soportar más ciclos de tensión antes de fallar.

He aquí un sencillo desglose basado en nuestros datos:

Propiedad	Forjado tradicional Ti-6Al-4V	Ti-6Al-4V impreso en 3D (tal cual)	Ti-6Al-4V impreso en 3D (tratado con HIP)
Resistencia a la tracción	~900 MPa	~895 MPa	~930 MPa
Densidad	~99.5%	~99.7%	>99,9%
Fatiga Vida	Línea de base	Comparable	Hasta 15% más

Estos datos son la razón por la que las principales empresas aeroespaciales y de dispositivos médicos están adoptando esta tecnología. Consiguen la libertad de diseño de la impresión 3D sin sacrificar resistencia ni fiabilidad.

¿Qué otras aleaciones comunes pueden imprimirse en 3D?

Así pues, el titanio es un gran candidato para la impresión 3D. Esto puede hacer que se pregunte qué otros metales están sobre la mesa. Saber esto puede ayudarle a satisfacer una gama más amplia de necesidades de los clientes.

Sí, muchas aleaciones, además del titanio, se imprimen habitualmente en 3D. Entre ellas se incluyen varios aceros inoxidables, aleaciones de cobalto-cromo³superaleaciones con base de níquel, como el Inconel, y distintos tipos de aleaciones de aluminio. Cada una de ellas ofrece propiedades únicas para aplicaciones industriales específicas, desde implantes médicos hasta componentes de motores a reacción.

En mi trabajo, hay algunas aleaciones que aparecen una y otra vez. Además del Ti-6Al-4V, el polvo de aleación de cromo-cobalto (CoCr) es muy popular, sobre todo para implantes médicos como prótesis de rodilla y cadera. Tienen una excelente biocompatibilidad y resistencia al desgaste. Mis socios suministran polvos de CoCr certificados según la norma ISO 13485, la norma de productos sanitarios, que es fundamental para los clientes de ese sector. También hay una gran demanda de superaleaciones con base de níquel, como Inconel 718. Esta aleación mantiene su resistencia a temperaturas muy altas. Conserva su resistencia a temperaturas muy altas, lo que la hace perfecta para piezas de motores a reacción y turbinas de gas. Los polvos de acero inoxidable, como el 316L, son otro producto básico. Se utilizan en todo tipo de aplicaciones, desde utillajes y herramientas hasta productos marinos y alimentarios, gracias a su resistencia a la corrosión. Todos estos polvos, cuando se utilizan en SLM, deben cumplir normas estrictas, como certificaciones aeroespaciales y militares, para garantizar que las piezas finales sean resistentes, fiables y seguras para la producción en serie.

Conclusión

En resumen, la impresión 3D con titanio y otras aleaciones ya no es un concepto de futuro. Es un método de fabricación potente y fiable disponible hoy en día para crear piezas resistentes y complejas.

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