Powder Bed Fusion es otra técnica de impresión 3D a base de polvo. A diferencia de la impresión 3D con aglutinante, que utiliza un aglutinante líquido para pegar partículas de material de construcción, en las técnicas de fusión de lecho de polvo, las partículas de material de construcción para piezas 3D se fusionan aplicando calor o un haz de electrones. Existen muchos tipos de técnicas de fusión en lecho de polvo, a saber:
1. Sinterización selectiva por láser (SLS)
2. Sinterización directa por láser de metales (DMLS)
3. Fusión selectiva por láser (SLM)
4. Sinterización por calor selectivo (SHS)
5. Fusión por haz de electrones (EBM)La sinterización selectiva por láser es la técnica de fusión en lecho de polvo (PBF) más utilizada. Mientras que las otras técnicas de PBF se utilizan generalmente para crear modelos 3D a partir de termoplásticos, la sinterización directa por láser de metales (DMLS) es la técnica de PBF dedicada y aplicable únicamente a la creación de modelos 3D a partir de metales y materiales conductores.
Todas las técnicas de PBF son similares en funcionamiento, excepto que el método de fusión del material en polvo difiere. En la sinterización selectiva por láser, se utiliza un cabezal láser para proyectar un rayo láser de alta potencia en el material en polvo para derretir las partículas y fusionarlas. El método SLS se puede utilizar para fabricar modelos de termoplásticos, vidrio, metal y cerámica. La técnica DMLS también utiliza un cabezal láser de alta potencia, pero la alimentación es siempre un polvo metálico o un material conductor. La técnica SLM es similar a SLS y se utiliza para crear modelos estructurales 3D para aplicaciones médicas y aeroespaciales. En la técnica de sinterización por calor selectivo (SLH), un cabezal de impresión térmica entra en contacto con el polvo metálico para fundirlo y fusionar las partículas metálicas. La técnica de fusión por haz de electrones (EBM) utiliza un proyector de haz de electrones para irradiar un haz de electrones de alta potencia sobre polvo metálico y fundir las partículas metálicas para la fusión. La técnica EBM generalmente se realiza en una cámara de vacío, excepto en el caso en que se utilizan metales y aleaciones para crear un modelo 3D funcional.
La configuración y mecanismo de todas las técnicas PBF son prácticamente iguales. En una máquina Powder Bed Fusion, hay dos cámaras donde una cámara se llena con material de construcción en polvo para alimentar la otra cámara y la segunda cámara se usa para hacer el modelo 3D. El modelo 3D se construye fundiendo y fusionando partículas de material de construcción en polvo utilizando un cabezal de impresión láser, térmico o de haz de electrones. El polvo de plástico o metal se coloca en la cámara de almacenamiento y se introduce en la cámara de construcción haciendo rodar una cantidad suficiente para cada capa con un rodillo o cuchilla niveladora. El polvo desenrollado se vierte sobre la plataforma de construcción, que se ha bajado a una profundidad igual a la altura de capa requerida al inicio del proceso. La altura de las capas se mantiene generalmente en o cerca de 0,1 mm. Posteriormente, se utiliza un rayo láser de alta potencia o un cabezal de impresión térmica de contacto o un haz de electrones de alta potencia para fundir y fusionar partículas de material mientras el cabezal se mueve a lo largo del plano horizontal para crear el camino para la capa deseada. Después de colocar una sola capa, la plataforma se baja a una profundidad igual a la altura de la siguiente capa y el polvo se saca o se desliza desde la cámara de almacenamiento a la cámara de construcción. Nuevamente, la siguiente capa se construye proyectando un rayo láser o un rayo de electrones o contactando un cabezal de impresión térmica a lo largo de una trayectoria controlada por computadora. De la misma forma se construyen todas las capas sucesivas. Una vez completada la capa final, el modelo 3D aún se retira del material en polvo restante. El modelo se deja en la máquina durante un tiempo para que se enfríe y solidifique por completo para obtener un acabado de alta calidad del modelo 3D.
Las técnicas de PBF son comparativamente menos costosas y además al ser un método a base de polvo no requiere el uso de estructuras de soporte en la fabricación de modelos o piezas. Se puede utilizar una amplia variedad de materiales, incluidos cerámica, vidrio, plásticos, metales y aleaciones, para crear objetos 3D utilizando técnicas PBF. Sin embargo, los métodos PBF tienen velocidades de operación lentas y los modelos creados tienen limitaciones de tamaño. Como el proceso implica fundir el material de construcción, el consumo de energía de las máquinas de PBF es bastante alto. La calidad de los modelos creados depende en gran medida del tamaño del grano del polvo y no se pueden lograr todas las características estructurales deseadas para un modelo funcional. Esta es la razón por la que la técnica PBF generalmente se limita a aplicaciones de creación de prototipos.
El material de construcción utilizado en SHS es generalmente nailon. Las técnicas SLS, SLM y DMLS se utilizan comúnmente para fabricar modelos de acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, cromo cobalto u otras aleaciones metálicas. La técnica EBM también se utiliza principalmente para modelos construidos con aluminio, acero inoxidable, acero, titanio, cromo cobalto u otras aleaciones metálicas.
Para la impresión SHS 3D, la Blue Printer es una máquina popular. Algunos ejemplos de impresoras 3D SLS son ProX SLS 500, sPro 140, sPro 230 y sPro 60 HD ofrecidas por 3D Systems. 3D Systems también ofrece impresoras DMLS como ProX DMP 100, ProX DMP 100 Dental, ProX DMP 200, ProX DMP 200 Dental, ProX DMP 300 y ProX DMP 320. Arcam S2, Arcam Q10 y Arcam A2 son máquinas EBM populares proporcionadas por Arcam.
Descargo de responsabilidad: ProX y Spro son marcas comerciales registradas de 3D Systems y EBM es una marca registrada de Arcam. Los nombres de marca se utilizan editorialmente y para beneficio del propietario de la marca, sin intención de infringir la marca.
En el próximo artículo de la serie, se analizará otro proceso de impresión 3D por deposición directa de energía .