El aluminio es un polvo metálico popular para la fabricación aditiva gracias a su baja densidad, buenas propiedades mecánicas, maquinabilidad, resistencia a la corrosión y conductividad. La optimización de las características del polvo de aluminio permite imprimir con fiabilidad piezas de aluminio resistentes y ligeras en aplicaciones aeroespaciales, industriales y de automoción.
Esta guía cubre las propiedades, especificaciones, producción de atomización, consideraciones de garantía de calidad, aplicaciones y consejos sobre el abastecimiento de polvos de aluminio para la impresión 3D por fusión de lecho de polvo o chorro aglutinante.
impresora 3d polvo de aluminio Composiciones
Los grados de aluminio más comunes para AM incluyen:
| Aleación | Descripción | Composición típica |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | Aleación fundida con adiciones de silicio y magnesio para mayor solidez y resistencia a la corrosión | Resto Al, 9-11% Si, 0,25-0,45% Mg, 0,8% máx Fe, 0,2% máx Cu |
| AlSi7Mg | Muy similar al AlSi10Mg con un contenido de silicio ligeramente inferior | Resto Al, 6-8% Si, 0,25-0,45% Mg, 0,8% máx Fe, 0,2% máx Cu |
| 6061 | Aleación forjada tratable térmicamente muy común con magnesio y silicio | Resto Al, 0,8-1,2% Mg, 0,4-0,8% Si, 0,7% máx Fe, 0,15-0,4% Cu, 0,04-0,35% Cr |
Adecuar la composición a las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión, las necesidades de soldabilidad y los costes de aleación.
Especificaciones
| Parámetro | Detalles | Método de ensayo |
|---|---|---|
| Pureza | >98% Aluminio preferido | Análisis ICP |
| Forma de las partículas | Esférico >90% deseado | Microscopía |
| Distribución por tamaños | D50: 25-45 μm típico | Difracción láser |
| Densidad aparente | 1,2-1,8 g/cc | Caudalímetro Hall |
| Fluidez | Flujo Hall 25-50 seg. para 50 g de muestra | Caudalímetro Hall |
| Óxidos e hidróxidos | <3% en peso | TGA, XRD, Fusión con gas inerte |
| Contenido en humedad | <0,2% en peso | Análisis TGA |
Alta calidad y consistencia del polvo necesarias para el procesamiento AM con defectos minimizados en piezas de alta densidad y resistencia.
Métodos de atomización
Impresora 3d producción de polvo de aluminio vía:
- Atomización del aire - El aire a alta presión desintegra el aluminio fundido en finas gotas esféricas que evitan la oxidación. El proceso de menor energía produce partículas más grandes adecuadas para la impresión por chorro de aglutinante.
- Atomización de nitrógeno - El ambiente de nitrógeno evita la oxidación de la superficie durante la atomización, lo que permite tamaños de polvo más finos, menos oxígeno y características de flujo más elevadas, preferidas para SLM y EBM.
- Atomización por rotación de electrodos - El hilado rápido de aluminio fundido fino en nitrógeno da como resultado un polvo con distribuciones de tamaño muy ajustadas y una buena densidad de empaquetamiento.
El control de las atmósferas de proceso, las velocidades de enfriamiento y la dinámica de los gases optimiza los tamaños de las partículas de aluminio y las morfologías para aplicaciones de lecho de polvo que requieren una buena respuesta al flujo y al cizallamiento.
Propiedades mecánicas
| Aleación | Densidad (g/cc) | Límite elástico (MPa) | Resistencia a la tracción (MPa) | Alargamiento |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 2.68 | 228 | 398 | 7.9% |
| AlSi7Mg | 2.74 | 261 | 372 | 8.1% |
| 6061 | 2.70 | 241 | 303 | 11% |
Para alcanzar las resistencias especificadas es necesario optimizar los parámetros de impresión y los procesos posteriores, como el envejecimiento. La orientación de las piezas también influye significativamente en el rendimiento mecánico.
Aplicaciones de la AM de metales
El aluminio AlSi10Mg se utiliza ampliamente en todos los sectores para la fabricación aditiva:
- Aeroespacial y defensa: Componentes ligeros de fuselajes y UAV; intercambiadores de calor conformados y placas frías; estructuras de celosía activas. Utillaje rápido para laminado de materiales compuestos.
- Automoción: El aluminio tiene 3 veces menos energía incorporada que el acero, lo que permite un mayor ahorro de combustible gracias a la reducción de peso. Los paneles personalizados de la carrocería, los accesorios y los elementos del chasis, como los brazos de control, permiten mejorar el rendimiento. Las piezas de los intercambiadores de calor, como las carcasas de los colectores, aumentan la funcionalidad. Plantillas y accesorios para compuestos de fibra de carbono.
- Industrial: Producción en serie a medida para lotes pequeños y medianos. Disipadores de calor para la gestión térmica de componentes electrónicos con factores de forma optimizados. Componentes de flujo de fluidos como impulsores, bombas, válvulas y carcasas. Plantillas, dispositivos, guías y calibradores que ofrecen una durabilidad ligera.
- Arquitectura: Piezas especializadas a medida fabricadas bajo demanda. Elementos decorativos mediante impresión híbrida con relleno de bronce. Modelos a escala con precisión dimensional para visualización.
Normas de certificación
- ASTM B556 - Especificación estándar para componentes estructurales de aleación de aluminio por pulvimetalurgia (PM) utilizando la aleación 6061.
- ASTM B925 - Especificación estándar para polvo de aleación de aluminio de calidad superior para procesamiento mediante métodos pulvimetalúrgicos para aplicaciones de automoción, aeroespaciales y de defensa.
- ASTM E2926 - Especificación estándar para polvos y materias primas de aluminio para fabricación aditiva
Revisar los certificados de lotes validados estadísticamente que demuestren la conformidad con las especificaciones de grado objetivo y las necesidades de procesamiento AM antes de la compra.
Defectos comunes
Defectos clave del aluminio metal AM y sus causas:
| Defecto | Causa | Solución |
|---|---|---|
| Porosidad | Humedad; Óxidos; Vaporización de metales | Reducir la humedad; minimizar los óxidos; adaptar la densidad energética |
| Cracking | Enfriamiento rápido; Tensiones residuales; Impurezas | Optimización del precalentamiento de la placa de impresión; Prensado isostático en caliente; Polvo de alta pureza |
| Delaminación | Fuerzas de la cuchilla de recuperación; Fusión de capa deficiente | Distribución uniforme del tamaño del polvo; Optimización de la capa de dispersión; Validación de los ajustes del esparcidor |
| Balling | La alta tensión superficial inhibe el flujo | Placa de precalentamiento para una fusión más rápida |
| Problemas de acabado superficial | Salpicaduras, partículas sin fundir fundidas en | Optimización de parámetros para un polvo determinado |
Adapte los parámetros de impresión mediante construcciones de prueba para conseguir piezas totalmente densas antes de la producción en serie.
Factores de fijación de precios
| Parámetro | Impacto |
|---|---|
| Grado de polvo | Una mayor pureza/esfericidad es más cara |
| Tamaño del lote | Ahorro por economía de escala a partir de 500 kg |
| Nivel de certificación | Certificación completa frente a pruebas por lotes |
| Método de atomización | Nitrógeno > Aire por su mayor consistencia y menores óxidos |
| Logística regional | Si es posible, abastézcase localmente |
Los precios rondan los $50-100/kg para el polvo de aluminio AM de menor tamaño de distribución. Los grandes fabricantes ofrecen economías de escala.
Consideraciones sobre la compra
| Parámetro | Importancia |
|---|---|
| Cumplimiento de la calidad | Alta |
| Disponibilidad de muestras | Alta |
| Conocimientos técnicos | Medio |
| Referencias de clientes | Medio |
| Precios | Bajo |
Comparación de proveedores
| Fabricante | Tamaños | Calidad | Consistencia | Plazos de entrega | Precios |
|---|---|---|---|---|---|
| [Marca 1] | 10-45 μm | Totalmente certificado | Muy coherente | 12-14 semanas | $$$ |
| [Marca 2] | 15-65 μm | Pruebas por lotes | Variación menor | 3-4 semanas | $ |
| [Marca 3] | 10-63 μm | IPM independiente | Cumple las especificaciones mínimas | 8-10 semanas | $$ |
Elija una marca líder alineada con las necesidades de cumplimiento de calidad de la aplicación de la pieza, aunque sea a un precio superior, para evitar los riesgos de defectos y desviaciones de las propiedades.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué tamaño de partícula es óptimo para la fusión de lecho de polvo de aluminio por láser?
R: Las fracciones de tamaño de polvo de aluminio de 25-45 μm facilitan un empaquetamiento denso con una buena respuesta al cizallamiento y al flujo de fusión, ideal para el esparcimiento y la fusión de alta densidad en aplicaciones de lecho de polvo.
P: ¿Cómo debe almacenarse correctamente el polvo de aluminio AM?
R: Selle los envases herméticamente con bolsas que absorban la humedad para evitar la oxidación y la estabilización, limitando la caducidad a 6-12 meses si se almacena adecuadamente en lugar fresco y alejado de la luz solar directa.
P: ¿Requiere el polvo de aluminio para metal AM precauciones especiales de manipulación?
R: Clasificado como no peligroso, pero utilice los polvos en zonas bien ventiladas con EPI aprobado, ya que las partículas metálicas finas conllevan riesgos para la salud respiratoria y de explosión de polvo que requieren el establecimiento de protocolos de seguridad.
P: ¿Qué postprocesado se suele hacer en las piezas de aluminio fabricadas por adición?
R: Las piezas de aluminio AM suelen someterse a tratamiento por disolución, endurecimiento por precipitación de envejecimiento, pasivado y electropulido para aliviar las tensiones residuales, mejorar las propiedades mecánicas y el acabado superficial. Los revestimientos protectores mejoran la resistencia a la corrosión y al desgaste.
