Polvo metálico en la fabricación aditiva

De la producción de polvo metálico a su reciclaje en la fabricación aditiva

El polvo metálico es la materia prima de muchos procesos de fabricación aditiva. Su calidad y mantenimiento de sus especificaciones técnicas con el tiempo son clave para garantizar la propiedades mecánicas de las piezas. Desde su producción por atomización de gases hasta la inertización del almacenamiento y el reciclaje, las soluciones de gases de Air Liquide le ayudan a garantizar la alta calidad de sus fabricaciones metálicas.

Calidad del polvo inicial y con el tiempo
Experiencia en la utilización del gas
Seguridad

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Garantía de la calidad de los polvos

La etapa de atomización por gas de los polvos metálicos requiere controlar la pureza del gas utilizado para limitar la oxidación, en particular de los metales más sensibles como el titanio. De manera similar, una atmósfera inerte protege los polvos de la humedad y la oxidación durante el almacenamiento o el reciclaje.

Atomización por gas: un proceso exigente

El gas es el elemento central del proceso de atomización con presiones que pueden alcanzar varias decenas de bares, una temperatura de varios ºC.

Seguridad

Dependiendo de los tratamientos térmicos, las atmósferas consideradas pueden contener, por ejemplo, hidrógeno, hidrocarburos o utilizar metanol para la cementación. Es fundamental el estricto cumplimiento de las normas de seguridad vigentes.

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Uso de polvo metálico

El polvo es el aliado de muchos procesos de fabricación aditiva. Air Liquide le explica las especificidades técnicas de los polvos para uso industrial.

Especificaciones técnicas de los polvos metálicos

Muchos procesos industriales de fabricación aditiva utilizan polvo: Por supuesto, la fusión de lecho de polvo (Powder Bed Fusion) ya sea por sinterizado selectivo por láser (Selective Laser Sintering o Selective Laser Melting) o por haz de electrones (Electron Beam Melting), pero también ciertos métodos de depósito de materia por energía concentrada (Directed Energy Deposition).
Las características técnicas de los polvos metálicos son generalmente estrictas y obviamente dependen de los requisitos de los clientes finales. Hay varios factores clave:

La composición química relacionada con la metalurgia a menudo tiene un bajo nivel de oxidación: especialmente para aleaciones de titanio producidas para la demanda de las industrias aeronáuticas o de la salud, o las aleaciones base Níquel.
Una distribución granulométrica (particle size distribution: PSD) fina adaptada al proceso (generalmente alrededor de 40 µm para SLM, 80 µm para EBM) - y a las exigencias operativas, compromiso entre productividad y acabado superficial final mejorado con polvos más finos.
La morfología de los polvos: un factor de forma lo más cerca posible de la esfera, la ausencia de satélites

Algunas de sus especificaciones están relacionadas con pruebas macroscópicas como la medición de densidad o fluidez, otras requieren un examen microscópico.

Atomización por gas

La atomización por gas es el proceso más usado para fabricar polvos metálicos para fabricación aditiva. Existen varias tecnologías (EIGA, VIGA, Plasma) pero como su nombre indica, todas ellas utilizan gas.

Un chorro de gas a alta presión - argón o nitrógeno dependiendo de los materiales - pulveriza pequeñas gotitas de un metal líquido.
Solo una aplicación adecuada del gas permitirá lograr sus objetivos de producción con la calidad requerida. La presión —varias decenas de bares—, la pureza, la temperatura —hasta varios cientos de grados— son críticas, por ejemplo, para ser más específico en bajas granulometrías.

Almacenamiento y reciclaje

Además, la granulometría fina y la reactividad de ciertos materiales como el aluminio o titanio pueden conllevar un peligro de explosión, requiriendo importantes medidas de prevención de inflamabilidad, además de las medidas de protección de los operarios.

Así, durante la manipulación del polvo metálico, desde el transporte hasta el almacenamiento, incluido la retirada del polvo o el tamizado después de la impresión, los polvos requieren una atmósfera inerte protectora para reducir el riesgo de oxidación fortuita y de absorción de humedad.
La nueva norma ASTM/ISO 52907 recomienda una inertización de los polvos. Podemos usar argón o nitrógeno según los materiales.

Gracias a sus sólidos conocimientos y experiencia en fabricación aditiva, el equipo de expertos de Air Liquide podrá acompañarle y definir con usted la mejor instalación para satisfacer sus necesidades.

Air Liquide suministra los gases con la pureza requerida para cada aplicación de fabricación aditiva

	Fase	Proceso	Moleculas	Intensidad del gas
Metales	Atomización de gas	Metal Powder Manufacturing	Ar para aleaciones de alta intensidad como Ti	Muy alta
	Fabricación Aditiva	Selective Laser Melting (SLM)	Ar, N2	Media
		EBM Process	He	Muy baja
		Wire Arc Additive Manufacturing (DED)	Ar y mezclas de Ar	Alta
		Laser Metal Deposition (DED)	Ar	Baja a Alta
		Binder Jetting (sintering)	Mezcla Ar-H2, N2	Media
		Metal powder management (logistics, storage, sieving)	Ar, N2	Baja
	Postprocesamiento	Heat treatment (tempering)	Ar, N2	Media
		Hot Isostatic Pressing	Ar	Alta
		Limpieza de piezas	Posiblemente limpieza criogénica o C02 supercrítico	Baja
Otros materiales (polymers)	Fabricación Aditiva	SLM process	N2 (posiblemente generadores)	Baja
Otros materiales (polymers)	Fabricación Aditiva	Vire extrusion	N/A	N/A

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Los procesos de fabricación aditiva (additive manufacturing) utilizan gases como el argón, el nitrógeno o el helio. Los gases desempeñan funciones esenciales en estos procesos para garantizar el resultado final de calidad:

protección contra el riesgo de inflamación de los polvos,
protección de los materiales en fusión contra la oxidación y la humedad.

Gases utilizados durante todo el proceso de fabricación aditiva

El principal gas utilizado para la fabricación de piezas metálicas es el argón, pero dependiendo de los materiales y procesos también se pueden usar nitrógeno o helio. Naturalmente, estos gases deben ser usados en condiciones controladas en términos de seguridad (por ejemplo, riesgo de anoxia), dentro de un marco profesional.