¿Cuál es el volumen de construcción típico del SLS metálico y cómo se manejan las piezas grandes?
Desde una perspectiva de ingeniería de fabricación, el volumen de construcción del SLS metálico (también conocido como DMLS o LPBF) es un factor clave para determinar la viabilidad de producir componentes grandes en una sola pieza. Si bien las máquinas estándar ofrecen volúmenes considerables, la industria ha desarrollado metodologías sólidas para manejar piezas que superan estas dimensiones.
Volúmenes de Construcción Típicos del SLS Metálico
El espacio de trabajo en los sistemas industriales de SLS metálico no está estandarizado, pero cae dentro de rangos comunes. La mayoría de las máquinas de producción de fabricantes como EOS, SLM Solutions y 3D Systems ofrecen volúmenes de construcción en el siguiente rango aproximado:
Rango Industrial Estándar: Aproximadamente 250 mm x 250 mm x 325 mm a 400 mm x 400 mm x 400 mm (10" x 10" x 13" a 15.7" x 15.7" x 15.7"). Este tamaño cubre la gran mayoría de componentes para industrias como aeroespacial y aviación (soportes, boquillas) y dispositivos médicos (implantes).
Sistemas de Gran Formato: Para aplicaciones más exigentes, existen máquinas de gran formato. Los sistemas de empresas como Velo3D, SLM Solutions y GE Additive pueden ofrecer volúmenes de hasta 600 mm x 600 mm x 600 mm o incluso 800 mm x 400 mm x 500 mm. Se utilizan para componentes estructurales grandes, carcasas de turbinas y secciones sustanciales de maquinaria industrial.
Estrategias para Manejar Piezas Más Grandes
Cuando las dimensiones de una pieza superan el volumen de construcción disponible, se emplean varias estrategias de ingeniería:
Segmentación de Piezas (la más común): El componente se divide inteligentemente en varios segmentos que caben dentro de la cámara de construcción. No se trata de un simple corte; requiere un diseño cuidadoso de los puntos de unión.
Características de Unión Integradas: Los segmentos se diseñan con características de acoplamiento, bridas o geometrías tipo lengüeta y ranura para asegurar una alineación precisa.
Unión Posterior al Proceso: Los segmentos se unen tras la impresión y el posprocesado mediante métodos de alta integridad. La técnica preferida suele ser la soldadura (especialmente TIG o por haz de electrones), que crea una estructura monolítica, o el brazing al vacío para ciertas aleaciones. Para uniones no permanentes o inspeccionables, pueden usarse sujetadores mecánicos con patrones de pernos diseñados.
Fabricación Híbrida: En este enfoque, se produce un sustrato grande y simple mediante un método convencional como el mecanizado CNC o la fundición. Luego, las características complejas y optimizadas topológicamente se construyen sobre este sustrato utilizando el proceso SLS metálico. Es un método altamente eficiente para añadir canales de enfriamiento intrincados o estructuras livianas a una base de gran tamaño.
Optimización del Diseño para el Volumen: A menudo, la pieza puede orientarse en diagonal dentro de la cámara para maximizar la longitud imprimible en una dimensión. El propio diseño también puede optimizarse para reducir su huella general sin sacrificar la funcionalidad.
Consideraciones de Ingeniería para Piezas Grandes
Gestión de Tensiones: Las piezas grandes están sujetas a tensiones térmicas residuales significativas durante la construcción. Esto requiere un desarrollo cuidadoso de los parámetros y puede requerir un tratamiento térmico de alivio de tensiones mientras la pieza aún está en la placa base para evitar distorsión o grietas.
Estructuras de Soporte: Las superficies grandes y planas son propensas a deformarse. Se necesitan estructuras de soporte extensas y robustas, lo que incrementa el uso de material, el tiempo de construcción y el trabajo de posprocesado para su eliminación.
Gestión del Polvo: Las construcciones grandes consumen una cantidad considerable de polvo metálico costoso. El costo y manejo de este polvo, incluyendo su tamizado y reciclaje para reutilización, se convierten en factores importantes.
Desafíos de Posprocesado: La manipulación, el arenado y el tratamiento térmico de piezas muy grandes requieren equipos industriales de gran tamaño, como hornos sobredimensionados para prensado isostático en caliente (HIP).
En resumen, aunque el volumen de construcción típico del SLS metálico es suficiente para muchas aplicaciones, la tecnología no está limitada por él. A través de la segmentación estratégica, los enfoques híbridos y el uso de equipos de gran formato, la industria manufacturera puede producir con éxito componentes metálicos muy grandes y complejos aprovechando la libertad de diseño que ofrece la fabricación aditiva.
