La fabricación aditiva (Additive Manufacturing, AM) es un proceso de fabricación que engloba diversas técnicas que tienen en común la producción de componentes tridimensionales a partir de un diseño CAD previo, a base de la adición de capas o elementos bidimensionales. Esta forma de fabricación permite mayor libertad de diseño al no estar limitada por las técnicas de fabricación convencionales. La fabricación aditiva también se conoce como impresión 3D o prototipado rápido.
La tecnología de prensado isostático en caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP) de Hiperbaric mejora las propiedades de las piezas metálicas fabricadas por distintos procesos AM, aportándoles mayor valor añadido y haciéndolas aptas para un mayor número de aplicaciones dotándoles de las funcionalidades requeridas.
SINERGIAS Y BENEFICIOS DE LA FABRICACIÓN ADITIVA CON LA APLICACIÓN DE HIP
Actualmente, conforme las diferentes técnicas de AM alcanzan mayor fiabilidad y robustez, esta forma de fabricación se aleja de los prototipos de validación, donde tenía cabida hasta ahora, para pasar a ser una forma de fabricar componentes en lotes de manera viable. De forma paralela a este crecimiento, la tecnología HIP se ha ido consolidando como un postprocesado clave para garantizar la calidad de estos componentes, ya que su aplicación tiene numerosos beneficios:
- Eliminación de la porosidad y densificación del material.
- Posibilidad de tratamiento térmico combinado con HIP, ahorrando tiempo y costes.
- Mejora de propiedades mecánicas como ductilidad, resiliencia y vida a fatiga.
- Reparación de defectos y por tanto reducción del número de no conformidades.
- Reducción de costes al disminuir el número de ensayos no destructivos necesarios.
Ejemplos comunes de combinación de HIP y AM:
A medida que las técnicas de fabricación aditiva evolucionan y aumenta el número de estudios que avalan los beneficios de su combinación con procesos de prensado isostático en caliente, los ejemplos de combinación de ambas tecnologías aumentan continuamente. Entre algunos de los ejemplos más conocidos se encuentran:
- En el sector aeroespacial inyectores de combustible y otros componentes de CoCr fabricados por L-PBF (Laser - Powder Bed Fusion).
- También en el sector aeroespacial, álabes de turbina en motores de avión, fabricados utilizando superaleaciones de níquel utilizando la técnica L-PBF.
- En el sector de implantes médicos, prótesis de cadera y de rodilla fabricadas por L-PBF y EBM (Electron Beam Melting) en aleaciones de titanio.
- En el sector de la automoción, gracias al HIP, los prototipos y piezas fabricadas por Fabricación Aditiva (AM) pueden ser utilizados con total garantía al obtenerse mayor fiabilidad y mejores propiedades
TÉCNICAS DE FABRICACIÓN ADITIVA METÁLICA
Las distintas técnicas de fabricación aditiva se diferencian por la forma en que se crea la capa bidimensional y la forma en que cada capa se adhiere a las capas previas. Esto define la precisión, materiales y pos procesos necesarios así como tiempos y costes de cada método de AM haciendo unos más adecuados que otros en función de la aplicación.
Fabricación aditiva - Fusión de cama de polvo (Powder Bed Fusion, PBF)
Selective Laser Melting (SLM), también conocido como Sinterizado selectivo por láser (SLS) o DSL o EBM (Electrom Beam Meling)
Es una de las técnicas de AM más consolidadas. La pieza es creada a base de capas de polvo metálico esparcido homogéneamente y soldado por una fuente energética a la capa previa. La fuente energética puede ser Laser L-PBF/SLM o un haz de electrones E-PBF/EBM. Así capa a capa se genera la pieza. Debido a que es un proceso de naturaleza de soldadura puntual los defectos y porosidades son más o menos frecuentes en función del material y parámetros de procesado. La tecnología HIP ayuda a reparar estos defectos.
Fabricación Aditiva – Binder Jetting
La tecnología Binder Jetting nace a partir de una patente del MIT (Massachusetts Institute of Technology). En ella, tras la aplicación de una capa de material en polvo, posteriormente se depositan gotas de binder (adhesivo líquido) que mantienen las partículas de polvo unidas entre sí y a la capa previa. Debido a la naturaleza del proceso se obtiene una pieza unida por binder, llamada “en verde”, que debe ser sinterizada para poder utilizarse. Durante la etapa de sinterizado posterior el binder se elimina (también se podría eliminar en una etapa previa).
El proceso de sinterizado une las partículas de polvo por reducción de energía superficial. La densificación total no se alcanza tras el sinterizado, por esta razón, para componentes que requieren propiedades mecánicas elevadas y densidad completa se aplica la tecnología HIP.
Fabricación Aditiva – Deposición de Energía Dirigida (Directed Energy Deposition)
Este proceso de fabricación aditiva aplica una fuente de energía a la vez que añade el material que forma parte de la pieza. Al igual que en los procesos de lecho en polvo (Bed Fusion) la fuente de energía puede ser un láser o un haz de electrones. Así mismo, el material añadido puede ser suministrado en forma de polvo o de hilo, a través de un cono concéntrico a la fuente de energía.
Este proceso de AM tiene una producción muy elevada pero menor precisión geométrica y se destina a reparaciones, recubrimientos o piezas grandes. El prensado de estas piezas por HIP mejora de forma sustancial sus prestaciones.
Fabricación Aditiva - Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)
Esta técnica guarda similitudes con DED en la medida en que el material y la fuente energética actúan a la vez para añadir material. El proceso es en esencia la soldadura por hilo MIG/MAG. Un hilo de material metálico además de servir de material de aporte hace de electrodo.
El material se depositada (sprayed) sobre el baño de fusión de la soldadura. Este proceso de AM tienen una producción muy elevada y baja calidad geométrica está destinado a reparaciones, recubrimientos o piezas grandes.
Fabricación Aditiva – Extrusión de material (Material Extrusion)
Es una técnica de fabricación aditiva que se basa en la extrusión de un material plástico que fluye y se adhiere al sustrato sobre el que se deposita. El material extruido puede ser una mezcla de Binder plástico y partículas metálicas.
Tras la impresión se obtienen una pieza en verde que posteriormente se sinterizada para alcanzar cierta densidad y consistencia. Al igual que con el binder jetting estas piezas pueden ser sometidas a HIP para alcanzar la densidad teórica máxima.
Fabricación Aditiva – Material Jetting (MJ)
La evolución de la industria de impresión convencional para llegar a la fabricación aditiva ha llevado a que se desarrolle la tecnología de Material Jetting (MJ). Es una tecnología en la que cabezales similares a los de impresión de tinta inyectan material sobre un sustrato previo creando, capa a capa, la impresión 3D. En sus inicios esta tecnología estaba limitada a materiales tipo cera.
Más recientemente algunos fabricantes han desarrollado una tecnología por la que se inyecta un binder líquido que porta nano partículas metálicas, creando una pieza en verde que es posteriormente sinterizada y cuyas propiedades pueden verse mejoradas con el uso de HIP.
