¿El SLS metálico puede fabricar piezas complejas con cavidades internas? ¿Cómo se elimina el polvo?
Desde una perspectiva de ingeniería de fabricación, la capacidad de producir piezas complejas con cavidades internas es una de las ventajas más significativas de la sinterización selectiva por láser de metales (SLS metálico), también conocida como sinterización directa de metales por láser (DMLS) o fusión por lecho de polvo láser (LPBF). Esta capacidad la distingue fundamentalmente de los métodos sustractivos tradicionales e incluso de muchos otros procesos de fabricación.
La Capacidad para una Complejidad Sin Precedentes
Sí, el SLS metálico es excepcionalmente adecuado para crear piezas con cavidades internas intrincadas. El proceso construye los componentes capa por capa, fusionando el polvo metálico mediante un láser. El polvo no sinterizado circundante actúa de forma natural como soporte durante la fabricación, lo que permite producir características complejas como canales internos, estructuras tipo panal, socavados y cavidades huecas que serían imposibles de mecanizar o fundir en una sola operación. Esto es invaluable para aplicaciones que requieren:
Canales de Refrigeración Conformados: En moldes de inyección o herramientas de fundición a presión, la impresión 3D DMLS puede crear canales de enfriamiento que siguen perfectamente el contorno de la cavidad del molde, reduciendo drásticamente los tiempos de ciclo y mejorando la calidad de las piezas.
Reducción de Peso: Las estructuras internas tipo celosía en componentes aeroespaciales reducen el peso mientras mantienen la rigidez estructural.
Optimización del Flujo de Fluidos: Múltiples colectores y toberas internas con trayectorias optimizadas y suaves para combustible, aire o fluidos hidráulicos en sistemas automotrices y de generación de energía.
El Proceso Crítico de Eliminación del Polvo
Si bien el polvo no sinterizado permite esta complejidad, su eliminación es un paso crítico y, a menudo, desafiante del posprocesado. La estrategia para retirar el polvo debe considerarse desde la fase de diseño.
Diseño para la Eliminación del Polvo: El factor más importante es incorporar orificios de salida de polvo durante la etapa de diseño. Las cavidades internas deben conectarse a la superficie externa mediante orificios lo suficientemente grandes para permitir que el polvo fluya hacia afuera. El tamaño y la ubicación de estos orificios son críticos; deben situarse estratégicamente en puntos bajos y uniones para facilitar la evacuación completa.
Desempolvado Inicial: Una vez completada la construcción y retirada la pieza de la plataforma, se elimina manualmente el polvo sobrante. Esto suele realizarse en una estación dedicada equipada con herramientas como cepillos, pinzas y aire comprimido. Para piezas complejas, esta etapa inicial puede ser larga y requiere cuidado para no dañar las estructuras internas delicadas.
Técnicas Avanzadas de Eliminación de Polvo: En redes internas complejas donde el polvo puede quedar atrapado, se emplean métodos más avanzados:
Limpieza Ultrasónica: La pieza se sumerge en un solvente o solución de limpieza y se somete a vibraciones ultrasónicas. Las ondas de alta frecuencia generan burbujas de cavitación que agitan y desprenden el polvo atrapado en las superficies internas. Es un método estándar y altamente eficaz.
Tumblado Vibratorio: En algunos componentes, un tumblado suave con medios especializados puede ayudar a desprender el polvo residual, aunque se utiliza más comúnmente para desbarbado y acabado superficial.
Métodos Agresivos: En ciertos casos, técnicas como el arenado o el electropulido pueden aplicarse, aunque suelen ser tratamientos finales de superficie más que métodos de eliminación de polvo masiva.
Verificación: Asegurar la eliminación completa del polvo es crucial, especialmente en componentes como colectores de fluidos. Se pueden usar técnicas como la inspección con boroscopio o incluso tomografía computarizada (CT) para verificar que los pasajes internos estén completamente despejados.
Guías de Ingeniería y Limitaciones
Tamaño y Accesibilidad de los Orificios: Existe un límite práctico al tamaño mínimo de los orificios de salida de polvo. Los orificios muy pequeños pueden obstruirse y no permitir el flujo libre del polvo. Se recomienda siempre diseñar con los orificios de escape más grandes posibles.
Riesgo de Polvo Atrapado: A pesar de los esfuerzos, las cavidades internas mal diseñadas con volúmenes “aislados” o rutas largas y estrechas pueden atrapar polvo permanentemente. Esto puede agregar masa no deseada, afectar propiedades térmicas o causar contaminación durante el servicio.
Integración del Posprocesado: La eliminación del polvo es solo un paso. Estas piezas suelen requerir también tratamiento térmico para aliviar tensiones y mejorar propiedades, y las superficies críticas pueden necesitar mecanizado CNC para alcanzar tolerancias precisas.
En resumen, el SLS metálico es insuperable en su capacidad para fabricar piezas con geometrías internas complejas. Sin embargo, esta capacidad depende de un enfoque de diseño para la fabricación (DFM) que priorice la eliminación del polvo, así como de un flujo de posprocesado que garantice rigurosamente que las cavidades internas estén limpias y despejadas para la función prevista de la pieza.
