Optimización de parámetros de proceso para aleaciones metálicas

Herramientas avanzadas de prueba para impresión 3D desarrolladas por Sharebot

1. Introducción
En el campo de la fabricación aditiva (FA) de metales, la fase de optimización de los polvos metálicos y los parámetros de proceso es crítica para lograr componentes con propiedades mecánicas y microestructurales óptimas.

Las tecnologías de fusión por láser en lecho de polvo (PBF-LB/M) – donde un haz de láser funde selectivamente capas finas de polvo metálico – requieren un control preciso de los parámetros energéticos que gobiernan la fusión y la posterior solidificación.

Entre los parámetros más influyentes se encuentran la potencia del láser (P), la velocidad de escaneo (v) y la posición del plano focal (z₀).

La combinación de estos factores determina la cantidad de energía entregada localmente al lecho de polvo, afectando directamente la densidad de la pieza, la morfología del baño de fusión y la porosidad residual.

2. Fundamentos del proceso
La eficiencia del proceso PBF se describe comúnmente mediante la Densidad de Energía Volumétrica (VED), calculada como:

VED = P / (v * h * t)

donde:

P = potencia del láser (W)

v = velocidad de escaneo (mm/s)

h = distancia de hatch (mm)

t = espesor de capa (mm)

La VED representa la entrada de energía por unidad de volumen y ayuda a predecir el grado de fusión del material.

Una VED demasiado baja conduce a defectos de falta de fusión y alta porosidad, mientras que una VED excesiva puede causar inestabilidad del baño de fusión, evaporación localizada o tensiones residuales.

3. Función de prueba paramétrica automatizada de Sharebot
Para optimizar la calificación de polvos y la optimización de procesos, Sharebot ha desarrollado una función de prueba paramétrica automatizada integrada en su software de máquina.

Esta herramienta genera una matriz de especímenes cúbicos, variando sistemáticamente la potencia del láser y la velocidad de escaneo a lo largo de dos ejes.

En una sola sesión de impresión, se pueden producir hasta 25 cubos de prueba (por ejemplo, una matriz de 5×5), cada uno con una combinación única de parámetros de proceso.

La disposición ordenada permite una comparación visual y analítica inmediata, simplificando la identificación de la ventana de proceso óptima y reduciendo drásticamente el tiempo de calibración.

4. Caracterización de la densidad
Los especímenes impresos pueden someterse a una medición de densidad hidrostática basada en el principio de Arquímedes, un método que determina la densidad real del material.

Al comparar la densidad medida con la densidad teórica de la aleación, los investigadores pueden estimar la porosidad residual y evaluar la calidad de la fusión.

Análisis metalográficos adicionales (microscopía óptica, SEM) y pruebas mecánicas (microdureza, resistencia a la tracción) permiten correlacionar las características microestructurales con las condiciones de proceso aplicadas.

5. Impresión de polvo de bajo volumen
Para apoyar la investigación y el desarrollo de aleaciones avanzadas o formuladas experimentalmente, Sharebot ha diseñado un sistema de dosificación de polvo de bajo volumen.

Esta solución innovadora permite la producción de cubos de prueba individuales de 1 cm³ utilizando solo unos pocos gramos de polvo, lo que la hace ideal para evaluar pequeños lotes de polvo a escala de laboratorio.

Esta capacidad reduce significativamente los costos de desarrollo y acelera la validación preliminar de nuevas aleaciones de alto rendimiento para aplicaciones aeroespaciales, médicas y de investigación avanzada.

¡Con nuestro metalONE es posible imprimir un solo cubo con unos pocos gramos de polvo para comenzar las pruebas!

6. Conclusiones
El enfoque de Sharebot proporciona un método eficiente y escalable para calibrar parámetros de proceso en la impresión 3D de metales.

Al integrar pruebas paramétricas automatizadas e impresión de polvo de bajo volumen, la empresa reduce el tiempo de experimentación, optimiza el uso de materiales y fomenta el desarrollo de materiales innovadores.

Estas herramientas permiten a los investigadores explorar eficientemente la relación entre los parámetros de proceso, la microestructura y las propiedades mecánicas, abriendo nuevas vías para el diseño de aleaciones de alto rendimiento y la investigación aplicada en fabricación aditiva.

Autor
Departamento de I+D – Sharebot Srl
Especialistas en tecnologías de fabricación aditiva y desarrollo de materiales avanzados