Fabricación aditiva
de metales

Selective Laser Melting (SLM)

La fusión de lecho de polvo es la tecnología líder para la fabricación de objetos metálicos de precisión y con geometrías complejas.

Existen distintos procesos en función de la fuente de calor empleada (haz láser o de electrones) y del grado de fusión del material (sinterizado o fusión).

El proceso más extendido para la fabricación de piezas metálicas es la denominada fusión selectiva por láser (Selective Laser Melting o SLM). También se conoce como DMLS (Direct Metal Laser Sintering) o Laser Cusing.

El proceso comienza con la creación de un modelo tridimensional (3D) a través del uso de softwares de diseño asistidos por ordenador (CAD). Este modelo 3D se guarda como un fichero de formato STL, que es la representación triangulada del modelo. Posteriormente, el software divide los datos del fichero en capas individuales y se envía al equipo del SLM.

En la configuración de la máquina de SLM, una fuente de calor (láser) funde selectivamente una cama de polvo previamente depositada en capas muy finas y uniformes (las capas indicadas en el 3D) sobre una plataforma, generando el contorno e interior de la pieza. Esta plataforma de construcción desciende en el eje z después de cada capa una distancia igual al espesor de capa (habitualmente entre 20 y 50 micras), acción que se repite hasta completarse la pieza.

Tras la construcción de la pieza, y en función de la aplicación de la misma, se pueden necesitar actividades de mejora de acabado y/o tratamientos térmicos para mejorar las propiedades mecánicas.

Actualmente, se pueden procesar mediante SLM materiales como aceros inoxidables, aceros de herramienta, aleaciones de titanio, aleaciones de base níquel y aleaciones de aluminio, entre otros.

En muchas ocasiones se consiguen densidades superiores al 99.9% con un acabado superficial de en torno a 4-10 μm. Por lo tanto, esta tecnología es muy útil para fabricar piezas finales con geometrías muy complejas y estructuras con paredes delgadas y/o huecos ocultos o canales.

En qué estamos trabajando actualmente

  • Optimización de las composiciones del polvo de acuerdo a las características del proceso de SLM.
  • Desarrollo de alineaciones AD HOC customizadas para la tecnología SLM.
  • Optimización de los parámetros de proceso para conseguir un material denso y libre de efectos.
  • Etapas de pre-procesado: diseño del proceso de fabricación, definición de la estrategia de soportaje óptima, orientación óptima, etc.
  • Modelos de simulación númerica basados en MEF (Método de Elementos Finitos): para la predicción de distorsiones en proceso y compensación para asegurar la calidad y la repetitividad.
  • Determinación y optimización de propiedades mecánicas.
  • Etapas de post-procesado: optimización de tratamientos térmicos y superficiales, eliminación de soportes, aseguramiento de tolerancias dimensionales,…
  • Aseguramiento de la calidad: desarrollo de sistemas de monitorización para la detección de defectos, técnicas de inspección no destructiva NDT.
  • Apoyo a la industrialización del proceso.

Equipamiento específico

MCP SLM Realizer 250 ( Realizer)

  • Año de adquisición: 2007.
  • Área de construcción: 250 x 250 x 220 mm.
  • Fibra láser.

SLM 61 - SLM 280 HL (SLM Solutions)

  • Año de adquisición: 2014. Actualización flow package en 2018.
  • Área de construcción:: 280 x 280 x 350 mm.
  • Fibra láser 400 W.

RenAM 500Q (from Renishaw)

  • Año de adquisición: 2018.
  • Área de construcción: 250 x 250 x 350.
  • Fibra láser 500 W.
  • Sistema de monitorización double melt pool.

Publicaciones
y descargas

Publicaciones
2018
A.M. Mancisidor, E. Gil, F. Garciandia, M. San Sebastián, O. Lizaso, M. Escubi.
Stirling engine regenerator based on lattice structures manufactured by selective laser melting. Procedia CIRP, 74, 72-75
2018
A. Iturrioz, E. Gil, F. Garciandia, M.M. Petite, A.M. Mancisidor, M. San Sebastián.
Selective laser melting of AlSi10Mg alloy: influence of heat treatment condition on mechanical properties and microstructure.
2018
I. Setien, M. Chiumenti, S. van der Veen, F. Garciandia, M. San Sebastian, A. Echeverria.
Empirical Methodology to Determine Inherent Strains in Additive Manufacturing. Computers and Mathematics with Applications
2016
A. M. Mancisidor, F. Garciandia, M. San Sebastián, P. Álvarez, J. Díaz, I. Unanue.
Reduction of the Residual Porosity in Parts Manufactured by Selective Laser Melting Using Skywriting and High Focus Offset Strategies
2016
P. Alvarez, J. Ecenarro, I. Setien, M. San Sebastian, A. Echevarria, L. Eciolaza.
Computationally efficient distortion prediction in Powder Bed Fusion Additive Manufacturing
International Journal of Engineering Research & Science (IJOER), 2, 39-46.

Casos de éxito

Actuadores activos de control de flujo optimizados fabricados mediante SLM para aviones de motores UHBR

Desafío

Desarrollo de nuevos actuadores de control de flujo (AFC) con diseños novedosos para aeronáutica para la mejora del flujo del fluido en futuros motores UHBR.

Solución

Fabricación por SLM de actuadores de control de flujo con diseños optimizados y complejos, capaces de ser instalados en espacios reducidos en aviones de motores de alta eficiencia.

Partners o alianzas estratégicas

Desarrollo realizado en el marco del proyecto FLOWCAASH (Convocatoria Clean Sky2) teniendo a AIRBUS como partner.

Fabricación de bloques hidráulicos mediante fabricación aditiva

Desafío

Optimización de diseño para que sea fabricable por SLM. Mejora de la funcionalidad mediante la modificación de trayectorias y/o geometrías de canales interiores. Reducción de peso.

Solución

Se ha conseguido un aligeramiento del 71% eliminando material que no aporta funcionalidad. Se ha conseguido una funcionalidad de los bloques aditivos comparable al convencional mediante el uso de menos cantidad de material. Se ha demostrado la viabilidad técnica de los bloques hidráulicos aditivos.

Partners o alianzas estratégicas

Desarrollo realizado en el marco de los proyectos ADHYBLOCK Y SHOPEN, financiados en el marco de la convocatoria Hazitek del gobierno vasco, HINE partner.

Retos

Desafíos que hay que afrontar en los próximos años:

Aligeramiento.
Zero defect manufacturing.
Fábrica digital.
Fabricación flexible.

Dra. María San Sebastián

Investigadora Referente en Fabricación Aditiva SLM.

Doctora en Ingeniería Industrial por la Universidad de Navarra (2004). Ingeniera Industrial y de Materiales (TECNUN, Universidad de Navarra, 2000). Master en Administración de Empresas, MBA Executive (ESTE, Universidad de Deusto, 2008). Desarrolló su tesis doctoral en el ámbito de la conformabilidad en caliente de diferentes aleaciones base níquel en el centro tecnológico CEIT en el marco de diferentes proyectos industriales. En 2004 se incorpora a la empresa AMPO S.COOP. como responsable de la planta de fusión, centrándose en actividades de producción y liderando proyectos de I+D. Desde 2006 trabaja como investigadora en LORTEK en el área de Procesos, y ha desarrollado su actividad en proyectos de investigación relacionados con simulación de procesos de fabricación mediante elementos finitos, caracterización microestructural y comportamiento mecánico, tecnologías avanzadas de unión y fabricación aditiva de metales.