Introducción al diseño para impresión 3D en metal

La impresión 3D de metales no está destinada a reemplazar los procesos tradicionales de fabricación de metales. Más bien, es una herramienta de fabricación que abre nuevas posibilidades para los diseñadores de productos. Existen muchas tecnologías de impresión 3D de metales, como la sinterización directa por láser de metales (DMLS), la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM). Cada uno es bastante similar en la forma en que construyen piezas a partir de polvos metálicos atomizados.

Las piezas se pueden fabricar con aluminio en polvo, Inconel, titanio, acero inoxidable, cromo cobalto y más. El polvo tiene la misma composición química que la parte final, ya que el proceso no requiere aglutinantes ni aditivos. Es esencialmente un proceso de micro-soldadura que da como resultado una pieza de metal completamente densa con la resistencia mecánica y características de fatiga similares a una pieza mecanizada.

Los usos comunes de la impresión 3D de metal incluyen la reducción de ensamblajes de múltiples componentes en una sola pieza y diseños de aligeramiento con características huecas y canales internos. Las posibilidades pueden parecer ilimitadas, pero hay algunos principios que puede seguir para garantizar resultados de calidad.

Consideraciones básicas de diseño para la impresión 3D en metal

Al diseñar para la impresión 3D de metal, es importante tener en cuenta que ciertas características son propensas a deformarse o curvarse en la construcción si no son compatibles. Esto se debe a las tensiones internas creadas por el rápido calentamiento y enfriamiento del material durante la producción. El diseño de las estructuras de soporte no es algo con lo que usted, como diseñador, necesariamente deba preocuparse demasiado, pero es bueno saber que algunas formas son excepcionalmente difíciles de construir, y hacer pequeñas alteraciones en el diseño de su pieza puede ser una manera fácil de no hacerlo. solo mejoran la calidad, pero también reducen los costos de fabricación.

Tolerancias. El DMLS de alta resolución en Proto Labs se construye con un espesor de capa de 0,02 mm (0,0008 pulgadas) y puede producir piezas bastante precisas, con tolerancias de +/- 0,003 pulgadas (0,076 mm), características de piezas tan pequeñas como 0,006 pulgadas ( 0,152 mm), y acabados superficiales similares a los de un moldeado en arena.

espesor de pared. En Proto Labs, nuestra regla general es que las paredes por debajo de 0,040 pulg. (1 mm) deben mantener una relación entre la altura y el espesor de la pared de menos de 40: 1. Por otro lado, si las paredes son gruesas, puede ser un uso ineficiente del material y el tiempo de construcción lo que lleva a costos de fabricación más altos. Preferimos ahuecar las características gruesas con una estructura de panal o celosía para reducir los costos de material y el tiempo de procesamiento y preservar la integridad estructural.

Consejos de diseño para funciones comunes

Ángulos autosuficientes. Un ángulo autoportante describe el ángulo de la función en relación con la placa de construcción. Cuanto menor sea el ángulo, menor será la probabilidad de que se apoye. Cada material funcionará de manera ligeramente diferente, pero la regla general es evitar diseñar una característica autoportante que tenga menos de 45 grados. Como puede ver en la imagen a continuación, a medida que el ángulo disminuye, las características de la superficie orientada hacia abajo se vuelven más rugosas y, finalmente, la pieza fallará si el ángulo se reduce demasiado.

Voladizos. Los voladizos se diferencian de los ángulos autoportantes en que son cambios abruptos en la geometría de una pieza. DMLS es bastante limitado en su soporte de voladizos en comparación con otras tecnologías de impresión 3D. En Proto Labs, cualquier diseño con un voladizo superior a 0,020 pulg. (0,5 mm) requerirá soporte adicional para evitar daños en la pieza. Al diseñar voladizos, es aconsejable pecar de cauteloso, ya que los voladizos grandes pueden reducir los detalles de una pieza y, lo que es peor, provocar que toda la construcción se caiga.

Canales y agujeros. Los canales y orificios internos son uno de los principales beneficios del DMLS, ya que son imposibles con los métodos convencionales de fabricación de metales. Los canales conformados proporcionan un enfriamiento uniforme en toda la pieza y ayudan a reducir el peso de un componente. Recomendamos que los canales no excedan un diámetro de 0,30 pulg. (8 mm). De manera similar a las estructuras sin soporte, las superficies orientadas hacia abajo comenzarán a distorsionarse a medida que aumente el ancho del orificio o del canal. Una solución alternativa común es diseñar canales con forma de lágrima o diamante. Los canales que siguen estas formas lograrán un acabado de superficie más uniforme dentro del canal y le permitirán maximizar el diámetro del canal.

Puentes. Un puente es cualquier superficie plana orientada hacia abajo que es compatible con 2 o más características. La distancia mínima permitida sin soporte para nuestro proceso DMLS es de 0,080 pulgadas. En relación con otras tecnologías de impresión 3D, esta distancia es relativamente corta debido a las tensiones del calentamiento y enfriamiento rápidos. En la siguiente imagen, verá cómo el puente tira de las estructuras de soporte a medida que aumenta la distancia sin soporte. Las piezas que excedan este límite recomendado tendrán mala calidad en las superficies orientadas hacia abajo y no serán estructuralmente sólidas.

Más información sobre la impresión 3D en metal

Si desea obtener más información sobre cómo diseñar para la impresión 3D de metal, consulte nuestro seminario web «Diseño para impresión 3D de metal. » Encontrará más detalles y consejos sobre cómo optimizar el diseño de su pieza para la impresión 3D de metal, seleccionar el material adecuado y reducir los ensamblajes de varias piezas.