OTEA Estudio fabricación rápida piezas complejas acero ino–

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Estudio sobre la fabricación rápida de
piezas complejas de acero inoxidable y
titanio
Proyecto realizado con la colaboración del centro tecnológico holandés TNO
1) INTRODUCCIÓN
2) TECNOLOGÍAS
3) MODELO DE REFERENCIA
4) ANÁLISIS Y RESULTADOS
5) CONCLUSIONES
6) BIBIOGRAFÍA
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RM piezas complejas
INTRODUCCIÓN
Se entiende como Rapid Manufacturing o fabricación rápida al uso de tecnologías de construcción por adición para producir directamente productos funcionales o piezas. La libertad
geométrica, el uso de múltiples materiales, la eliminación de utillaje, la construcción según
el gusto del comprador, y en consecuencia, la reducción de costes, son algunas de las ventajas de estos procesos. Sin embargo, se necesita una gran precisión dimensional, buenas
propiedades mecánicas y un reducido tiempo de fabricación para que estos procesos puedan ser competitivos.
Desde el origen de estas tecnologías como consecuencia de la evolución del prototipado
rápido, existe un desarrollo continuo de procesos y materiales en esta dirección y los campos de aplicación aumentan conforme se consiguen nuevas mejoras.
La tecnología avanza tan rápido que es necesario realizar una revisión del estado del arte.
El objetivo de este proyecto es estudiar las tecnologías disponibles y en desarrollo que
permitan la fabricación rápida de piezas metálicas complejas para llegar a conocer el estado
del arte en la actualidad
El conocimiento de las ventajas y limitaciones de estos procesos permitirá encontrar aplicaciones potenciales y seleccionar el proceso más apropiado para las necesidades de cada
cliente.
Para la ejecución de este proyecto, se pedirá construir la misma pieza en metal como punto
de referencia o benchmarking a varias empresas de diferentes tecnologías. Las piezas serán fabricadas en aleaciones de acero o titanio. El acero fue el primer material disponible
comercialmente debido a su principal aplicación como fabricación rápida de utillaje o rapid
tooling. Mientras que el titanio, en la mayoría de los casos, se encuentran todavía en desarrollo.
Para comprobar la calidad de las piezas se medirá la precisión dimensional, capacidad de
detalle y limitaciones geométricas.
Se realizarán ensayos de tracción y dureza en probetas de los materiales utilizados en la
construcción de las piezas para determinar las propiedades mecánicas.
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El tiempo de fabricación se considerará como la suma de las horas de máquina y operaciones secundarias necesarias para completar la construcción de la pieza, sin incluir procesos
de acabado o eliminación de soportes.
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TECNOLOGÍAS
3DP Printing. ProMetal
El proceso de impresión 3DP de ProMetal es un proceso indirecto. Consiste en inyectar un
aglutinante en un lecho de polvo metálico. La pieza se construye capa a capa hasta conseguir la forma final. Una vez terminada, la pieza en “verde” se introduce en un horno de sinterizado que funde el polvo metálico obteniendo un 60 por ciento de densidad cuando se elimina el aglutinante. En un segundo horno , esta estructura porosa, se infiltra con bronce por
acción capilar hasta alcanzar total densidad.
Ilustración 1 Cortesía de ProMetal
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Selective Laser Melting. MCP
El proceso de fundido selectivo por láser o SLM es un proceso directo que se basa en la fusión de polvo metálico aplicado en capas muy finas sobre una plataforma, mediante la acción de un láser. Una vez que la plataforma ha descendido y se ha recubierto con una nueva capa de polvo, el láser genera en cada capa el contorno de la pieza a construir fundiendo
el polvo. El proceso se repite hasta completar la forma final.
Ilustración 2 Cortesía de MCP
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Laserforming .Trumpf
En este proceso y al igual que en el caso de MCP, el láser funde una capa de polvo. Las
capas adyacentes y apiladas se van uniendo unas con otras y la plataforma desciende en
función del espesor de capa definido. Estos pasos se repiten hasta completar la construcción.
Ilustración 3 Cortesía de Trumpf
LaserCusing. Concept Laser
Al igual que los procesos directos anteriores, este método trata de fundir polvo de un solo
componente capa a capa hasta conseguir una densidad del 100%. Un tipo de sistema de
exposición bajo patente permite produ cir piezas de gran voulmen sin apenas deformación.
Y un post-tratamiento especial, llamado micro-blasting, aplicado directamente nada más
terminar el proceso de construcción permite alcanzar un acabado de alta calidad y dureza.
Ilustración 4 Cortesía de Concept LaserGmbH
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MODELO DE REFERENCIA
La figura muestra una pieza de 60*100*81 mm que ha sido diseñada expresamente para
estudiar las características que se describen a continuación.
Ilustración 5 Modelo de referencia
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Plano suspendido.
Debido al propio proceso de construcción por capas, muchas tecnologías tienen dificultades
a la hora de construir un plano en suspensión. Algunas de ellas resuelven este problema
utilizando soportes que despues han de ser eliminados en post procesos aumentando el
tiempo de construcción y de operaciones secundarias. Esta pieza ha sido diseñada con
forma de “mesa”cuyo plano inferior es todo un reto constructivo.
Ilustración 6 Plano suspendido
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Combadura
La combadura es el excesivo cambio distorsional en una pieza fabricada una vez ha sido retirada del lecho de polvo al final del proceso. El termino combadura se emplea cuando el total de la pieza se ha curvado. Su principal causa es una contracción no homogénea. Ambas
cosas, contracción y combadura dependen de las propiedades del material, geometría de la
pieza y condiciones del proceso.
El cambio de espesor de pared también influye en la transferencia de calor interna de la
pieza. Para evaluar este fenómeno se ha diseñado la pieza con forma de “mesa” y cambios
de espesor de 10 a 5 mm.
Ilustración 7 Forma de "mesa"
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Construcción de ángulos
Como en el caso del plano suspendido, debido a la producción por capas, algunas tecnologías tienen dificultades en construir geometrías con un ángulo específico. En la mayoría de
los casos se necesita añadir soportes. Para estudiar esta capacidad se ha diseñado un “libro abierto”cuyas “hojas” están situadas a 0, 15, 30, 45, 60, 75 y 90 grados.
Ilustración 8 Forma de "libro abierto"
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Espesor de pared.
En general el mínimo espesor de pared está limitado por el diámetro del láser. Para estudiar
esta limitación se han diseñado elementos con espesor de pared de 2, 1 y 0.5 mm. Las
”hojas”del “libro abierto” tienen un espesor de pared de 2 mm y las dos primeras torres tanto
circulares como cuadradas son huecas, con espesores de 1 y 0.5 mm.
Geometrías críticas: detalles altos y estrechos.
Existe un riesgo de que las tensiones internas originen grietas en las geometrías altas, en
zonas donde pueda haber defectos de capa. Para analizar el riesgo de agrietamiento se
han diseñado torres circulares y cuadradas de diferentes dimensiones y alturas de 30, 20,
10, 5 y 2.5 mm. Existen también torres de 1 y 0.5 mm de diámetro que en algunos casos no
podrán ser construidas debido al tamaño mínimo del diámetro del láser.
Ilustración 9 Geometrías altas y estrechas
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Geometrías críticas: agujeros pequeños, pasantes y Z-bonus.
La orientación es un factor muy importante en las tecnologías de fabricación por capas.
Construir geometrías en el plano XY es más fácil que hacerlo en el XZ o en YZ debido a la
división en capas en la dirección de Z de la pieza a construir. En algunos casos la geometría obtenida es más gruesa de lo previsto. Es posible también que los agujeros de menor
diámetro no lleguen a ser construidos debido al tamaño mínimo del diámetro del láser.
Para analizar estas limitaciones se han colocado agujeros pasantes de 4, 3, 2, 1, y 0.5 mm
de diámetro y 10 mm de longitud en el plano superior (XY) En los planos laterales izquierdo
y derecho (YZ) agujeros pasantes de 10, 4, 3, 2, y 1 mm de diámetro y 5 mm de longitud y
en el plano frontal (XZ) existe un agujero pasante de 8 mm de diametro y 100 mm de
longitud.
Ilustración 10 Agujeros en diferentes direcciones
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Geometrías críticas: superficies curvas.
En este tipo de tecnologías construir superficies curvas puede resultar difícil debido a la división por capas. Para probar esta capacidad, se han colocado dos superficies elípticas de
diferentes dimensiones en el plano superior XY.
Ilustración 11 Superficies curvas
Propiedades mecánicas.
Algunas “hojas” del “libro abierto” se utilizarán para obtener probetas que sirvan para realizar ensayos de tracción y dureza y así determinar las propiedades mecánicas.
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ANÁLISIS Y RESULTADOS
1 Parámetros de construcción y observaciones generales
Debido al complejo diseño de la pieza seleccionada como modelo de referencia ha resultado muy difícil encontrar a fabricantes de tecnología que accediesen a afrontar este reto
constructivo.
La siguiente tabla muestra las tecnologías y materiales que han participado en el estudio.
Steel Alloy
Technology
Equipment
Company
Alloy Name
LaserCusing
M3 Linear
Concept Laser
GmbH
CL 20ES
Selective Laser
Melting
MCP Realizer
SLM
3DP Printing
R2
AISI 316L
MCP Tooling
Stainless Steel /
Technologies LTD
DIN 1,4404
S4 (60%
ProMetal
Stainless steel +
40% bronze)
Similar to commercial alloy
AISI 316L
Stainless Steel /
DIN 1,4404
AISI 420
Stainless steel /
DIN 1.4021
Titanium Alloy
Technology
Equipment
Company
Alloy Name
Laserforming
Trumaform 250
Trumpf
TiAl 6 V4
Similar to commercial alloy
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ProMetal
Para la construcción del modelo se utilizaron los siguientes parámetros:
Material: S4 (60% Acero inoxidable/ 40% Bronce)
Espesor de capa: 100 µm. 616 capas.
Modo: Impresión 1 sentido.
Debido al proceso de fabricación de ProMetal fue necesario añadir un soporte para la infiltración de bronce. Este soporte será fresado una vez analizada la pieza.
Ilustración 12 Modelo de ProMetal con soporte para infiltración
Ilustración 13 Vistas del plano izquierdo y derecho
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Ilustración 14 Vista plano trasero y superior
El plano suspendido, las superficies con ángulos y el logotipo se construyeron satisfactoriamente sin la necesidad de añadir soportes, pero no se construyeron algunas geometrías
críticas del plano superior, como pequeños cilindros y agujeros. Los pequeños agujeros pasantes de los planos izquierdo y derecho se construyeron con éxito pero no el del plano
frontal.
Ilustración 15Detalles del modelo de ProMetal
Ilustración 16Logotipo y agujeros pasantes del plano derecho
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MCP
Para la construcción del modelo se utilizaron los siguientes parámetros:
Material: Acero inoxidable 316L
Espesor de capa: 75 µm
MCP tuvo que añadir soportes para poder construir el plano suspendido, los agujeros pasantes, el logotipo y las superficies con un ángulo menor de 45 grados. La pieza además ha
de ser retirada de la plataforma de construcción.
Ilustración 17 Modelo de MCP con soportes y plataforma de construcción
Ilustración 18 Vistas plano derecho y trasero
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Ilustración 19 Vista plano superior
También se observa en el plano frontal las consecuencias del efecto llamado “Z-Bonus” y
combadura
Ilustración 20 Combadura y Z-bonus
Todos los detalles del plano superior se construyeron satisfactoriamente.
Ilustración 21 Detalles plano superior
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Concept Laser
Para la construcción del modelo se utilizaron los siguientes parámetros:
Material: CL 20ES similar al acero inoxidable 316L
Espesor de capa: 30 µm
Proceso de acabado: Micro-blasting
Concept Laser tuvo que rotar la pieza 135 grados para que ésta pudiera ser construida y
añadir soportes que fueron eliminados tras la construcción.
Ilustración 22Orientación de construcción
Debido a esta orientación de construcción no se ha podido estudiar la combadura ni el efecto Z- bonus en los agujeros pasantes.
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Se observa también el efecto de los soportes necesarios para la construcción en esta orientación en algunas geometrías y una desviación respecto a la vertical en lo que hubiera sido
la superficie construida con un ángulo de 90º, es decir, la primera “hoja” del “libro abierto”
Ilustración 23 efectos del cambio de orientación en la construcción del modelo
Para construir el plano suspendido fue necesario además modificar el fichero añadiendo un
soporte al que se le incluyeron agujeros para reducir el tiempo de construcción. Por lo que
los agujeros de los planos derecho e izquierdo no son agujeros pasantes.
Los agujeros del plano frontal se construyeron satisfactoriamente.
Ilustración 24 Modelo con soporte adicional
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Ilustración 25 Vistas planos derecho y trasero
El logotipo y todos los detalles del plano superior se construyeron satisfactoriamente.
Ilustración 26 Detalles del modelo de Concept Laser
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Trumpf
Para la construcción del modelo se utilizaron los siguientes parámetros:
Material: TiAl 6 V4
Espesor de capa: 50 µm
Trumpf tuvo que añadir soportes para construir tanto el plano suspendido como las superficies con ángulos menores de 45 grados y los agujeros pasantes. No fueron necesarios soportes para la construcción del logotipo
Ilustración 27 Modelo Trumpf con soportes
Ilustración 28 Vistas plano derecho y trasero
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Ilustración 29 Vistas superior e inferior
Se observa un defecto en los espesores de las superficies angulares y combadura en el
plano trasero y frontal
Ilustración 30 Defecto espesores y combadura
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El logotipo, y las geometrías críticas del plano superior como las superficies curvas y la mayoría de los cilindros se construyeron satisfactoriamente pero algunos detalles, como los tetraedros no fueron construidos.
Ilustración 31 Detalles
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2 Precisión dimensional
Método utilizado
Para comprobar la precisión se ha utilizado un calibre digital. Después de cinco medidas se
ha obtenido la media de cada una de las dimensiones a estudiar.
Se ha analizado cada dimensión crítica por separado y se ha comparado entre las tecnologías. También se ha escaneado la pieza y se ha comparado con el archivo stl.
Al final se adjunta una tabla con la media y desviación típica por compañía
Dimensiones principales
Ilustración 32 Principales dimensiones
Valor Nominal (mm)
A
B
C
D
E
F
100
60
81
25
10
5
ProMetal
99,60
59,89
80,91
25,40
10,27
5,25
0,40
0,11
0,09
-0,40
-0,27
-0,25
MCP
100,04
60,06
80,23
24,71
9,90
5,20
Concept Laser
-0,04
-0,06
0,77
0,29
0,10
-0,20
99,99
60,09
80,99
25,04
0,01
-0,09
0,01
-0,04
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Trumpf
99,68
61,40
80,13
24,92
10,10
5,32
0,32
-1,40
0,87
0,08
-0,10
-0,32
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Main dimensions
1,50
1,00
Deviation
0,50
Prometal
MCP
0,00
0
20
40
60
80
-0,50
100
120
Concept Laser
Trumpf
-1,00
-1,50
Nominal Values
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Tetraedros
Tetrahedrons
2,00
1,50
1,00
Deviation
0,50
Prometal
MCP
0,00
0
5
10
15
20
Concept laser
Trumpf
-0,50
-1,00
-1,50
-2,00
Nom inal values
Valor Nominal (mm)
L1
W1
T1
I1
L2
W2
T2
I2
L3
W3
I3
L4
W4
I4
L5
W5
I5
5
5
1
30
4
4
1
20
2
2
10
1
1
5
1
1
3
ProMetal
5,60
5,70
1,80
29,80
5,08
4,85
1,70
20,40
3,41
3,60
10,40
1,70
1,90
5,50
0,90
0,78
2,60
-0,60
-0,70
-0,80
0,20
-1,08
-0,85
-1,20
-0,40
-1,41
-1,60
-0,40
-0,70
-0,90
-0,50
-0,40
-0,28
-0,10
MCP
5,21
5,15
1,10
30,12
4,18
4,15
0,60
20,20
2,08
2,05
10,14
1,05
1,04
4,98
0,60
0,55
2,62
Concept Laser
-0,21
-0,15
-0,10
-0,12
-0,18
-0,15
-0,10
-0,20
-0,08
-0,05
-0,14
-0,05
-0,04
0,02
-0,10
-0,05
-0,12
5,17
5,28
1,27
29,96
4,20
4,20
0,75
20,01
2,20
2,20
10,01
1,23
1,25
4,94
0,77
0,77
2,56
-0,17
-0,28
-0,27
0,04
-0,20
-0,20
-0,25
-0,01
-0,20
-0,20
-0,01
-0,23
-0,25
0,06
-0,27
-0,27
-0,06
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Trumpf
5,40
5,42
1,40
30,17
4,32
4,30
0,85
20,01
2,41
2,39
10,20
1,35
1,27
5,12
-0,40
-0,42
-0,40
-0,17
-0,32
-0,30
-0,35
-0,01
-0,41
-0,39
-0,20
-0,35
-0,27
-0,12
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RM piezas complejas
email: [email protected]
Cilindros
Cylinders
0,50
0,40
0,30
Deviation
0,20
Prometal
0,10
MCP
0,00
-0,10
0
10
20
30
40
Concept laser
Trumpf
-0,20
-0,30
-0,40
-0,50
Nom inal values
Valor Nominal (mm)
D1
C1
H1
D2
C2
H2
D3
H3
D4
H4
D5
H5
5
1
30
4
0,5
20
2
10
1
5
0,5
2,5
ProMetal
5,25
1,30
29,81
4,20
0,85
19,92
-0,25
-0,30
0,19
-0,20
-0,35
0,08
1,28
-0,28
MCP
5,10
1,15
30,01
4,15
0,60
20,02
2,04
10,01
1,02
4,92
0,58
2,45
Concept Laser
-0,10
-0,15
-0,01
-0,15
-0,10
-0,02
-0,04
-0,01
-0,02
0,08
-0,08
0,05
5,20
1,30
30,04
4,18
0,88
20,06
2,16
10,08
1,20
5,08
0,70
2,49
-0,20
-0,30
-0,04
-0,18
-0,38
-0,06
-0,16
-0,08
-0,20
-0,08
-0,20
0,01
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Trumpf
5,30
1,40
29,89
4,27
0,90
19,97
2,23
9,98
1,15
4,99
-0,30
-0,40
0,11
-0,27
-0,40
0,03
-0,23
0,02
-0,15
0,01
http://observatorio.aimme.es
RM piezas complejas
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Ángulos
Ilustración 33 Ángulos
Valor Nominal (mm)
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
0
15
30
45
60
75
90
Prometal
0,21
15,44
30,31
45,51
61,09
76,79
91,19
-0,21
-0,44
-0,31
-0,51
-1,09
-1,79
-1,19
MCP
0,16
14,20
29,90
44,90
59,60
74,80
89,43
Concept laser
-0,16
0,80
0,10
0,10
0,40
0,20
0,57
0,09
14,97
29,97
44,85
59,93
74,93
88,58
-0,09
0,03
0,03
0,15
0,07
0,07
1,42
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Trumpf
0,21
15,62
30,3
45,47
59,87
74,95
89,73
-0,21
-0,62
-0,30
-0,47
0,13
0,05
0,27
http://observatorio.aimme.es
RM piezas complejas
email: [email protected]
Angles
2,00
1,50
Deviation
1,00
Prometal
0,50
MCP
0,00
-0,50 0
15
30
45
60
75
90
Concept laser
Trumpf
-1,00
-1,50
-2,00
Nominal values
Espesores
Espesores
0,50
0,40
0,30
desviación
0,20
PROMETAL
0,10
MCP
0,00
CONCEPT LASER
-0,10
Trumpf
-0,20
-0,30
-0,40
-0,50
valor nominal
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Valor Nominal (mm)
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
2
2
2
2
2
2
2
Prometal
2,06
2,5
2,4
2,5
2,4
2,3
2,25
RM piezas complejas
email: [email protected]
-0,06
-0,50
-0,40
-0,50
-0,40
-0,30
-0,25
MCP
1,96
1,91
2,2
2,12
2,07
2,06
2,05
0,04
0,09
-0,20
-0,12
-0,07
-0,06
-0,05
Concept laser
2,05
2,2
2,28
2,25
2,21
2,23
2,22
-0,05
-0,20
-0,28
-0,25
-0,21
-0,23
-0,22
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Trumpf
2,11
2,32
2,42
2,22
2,28
2,36
2,37
-0,11
-0,32
-0,42
-0,22
-0,28
-0,36
-0,37
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RM piezas complejas
email: [email protected]
Agujeros
Holes
0,50
0,40
0,30
Deviation
0,20
Prometal
0,10
MCP
0,00
-0,10 0
2
4
6
8
10
12
Concept Laser
Trumpf
-0,20
-0,30
-0,40
-0,50
Nominal Values
Holes
XY
(top)
YZ
(right)
YZ
(left)
XZ
Valor Nominal
(mm)
Prometal
MCP
Concept Laser
Trumpf
B1
4
3,81
0,19
3,83
0,17
3,84
0,16
3,87
0,13
B2
3
2,77
0,23
2,91
0,09
2,828
0,17
2,85
0,15
B3
2
1,74
0,26
1,91
0,09
1,869
0,13
1,68
0,32
B4
1
0,76
0,24
B5
0,5
R1
10
9,89
R2
4
R3
R4
0,949
0,05
0,836
0,16
0,498
0,00
0,4
0,10
0,11
9,85
0,15
9,987
0,01
9,5
0,50
3,88
0,12
3,93
0,07
3,81
0,19
3,61
0,39
3
2,96
0,04
2,73
0,27
2,76
0,24
2,66
0,34
2
1,88
0,12
1,84
0,16
1,8
0,20
1,7
0,30
R5
1
0,98
0,02
0,83
0,17
0,81
0,19
0,67
0,33
E1
10
9,71
0,29
9,8
0,20
9,85
0,15
9,59
0,41
E2
4
3,67
0,33
3,88
0,12
3,76
0,24
3,71
0,29
E3
3
2,84
0,16
3,01
-0,01
2,84
0,16
2,68
0,32
E4
2
1,79
0,21
1,81
0,19
1,82
0,18
1,79
0,21
E5
F1
1
8
0,68
7,71
0,32
0,29
0,84
8,06
0,16
-0,06
0,82
7,81
0,18
0,19
0,79
7,76
0,21
0,24
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RM piezas complejas
Resultados del análisis dimensional por escáner
Prometal
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RM piezas complejas
MCP
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Concept Laser
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RM piezas complejas
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Trumpf:
Media y desviación típica
Con los resultados anteriormente expuestos se ha elaborado la siguiente tabla:
Desviación media
Desviation típica
Prometal
MCP
Concept
Laser
Trumpf
0,44
0,39
0,14
0,15
0,16
0,18
0,30
0,21
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3 Tiempo de fabricación
El tiempo de fabricación está compuesto por las horas necesarias de construcción en máquina y las operaciones secundarias imprescindibles para completar la construcción de la
pieza, sin incluir procesos de acabado. No se ha contemplado tampoco el tiempo necesario
para eliminar los soportes ni de retirar el modelo de la plataforma de construcción.
Los valores expuestos han sido proporcionados por los proveedores y no han sido comprobados por los técnicos evaluadores del proyecto.
Building time
70
Time (h)
60
50
40
Secondary operations
30
Machine time
20
10
0
ProMetal
MCP
Concept
Laser
Trumpf
Companies
Ilustración 34 Tiempo de fabricación
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4 Propiedades mecánicas
Ensayo de dureza
Para determinar esta propiedad se ha realizado el ensayo de dureza Vickers según la norma UNE EN ISO 6507-1/98
El equipo de ensayo utilizado ha sido el durómetro Wolper V-Testor 2
con I0= 8.2 HV 5
Los resultados han sido convertidos a Rockwell según la norma ASTM E140-05
Ensayo de tracción
Para obtener las probetas necesarias para realizar el ensayo de tracción se han cortando
algunas “hojas” del “libro abierto” y han fresado con las siguientes dimensiones, de acuerdo
a la norma ISO 6892
Ilustración 35 Cotas probeta de tracción
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1
2
3
Propiedades mecánicas.
4
Steel Alloy
Technology
Company
Alloy Name
Similar to
commercial
alloy:
Hardness
(Vickers)
Conversion to
Hardness
(Rockwell C)
LaserCusing
Concept Laser
CL 20ES
AISI 316L
Stainless Steel /
DIN 1,4404
232,6
19,54 ( HRC )
Selective Laser Melting
MCP
AISI 316L
Stainless Steel /
DIN 1,4404
3D Printing
ProMetal
212,4
AISI 420
Stainless steel
Stainless steel /
+ bronze
DIN 1.4021
256,8
23,25 ( HRC )
Material data
Material Data
Material Data
Tensile
Elongation at
Sheet HardSheet Tensile
Sheet Elongastrength (MPa)
Break
ness
strength (MPa)
tion at Break
20 ( HRC )
648,76
650
30,52
25
237 (Vickers)
626,82
627
20,84
24
25-30 ( HRC )
358,73
682
0,56
2,3
Titanium Alloy
Technology
Company
Alloy Name
Laser Forming
Trumpf
TiAl 6 V4
Similar to
commercial
alloy:
Hardness
(Vickers)
415,6
Material data
Material Data
Material Data
Tensile
Elongation at
Sheet HardSheet Tensile
Sheet Elongastrength (MPa)
Break
ness (Vickers)
strength (MPa)
tion at Break
420 (Vickers)
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1165,42
1080-1090
3,59
5,8-6,2
CONCLUSIONES
Debido al complejo diseño de la pieza seleccionada como modelo de referencia ha resultado muy difícil encontrar a fabricantes de tecnología que accediesen a afrontar este reto
constructivo. Por este motivo el esfuerzo realizado por las empresas participantes a la hora
de fabricar este modelo es de gran valor.
Con la realización de este estudio se ha comprobado que es posible construir piezas de
gran complejidad en materiales como acero inoxidable y titanio y que las ventajas y limitaciones de las tecnologías empleadas se pueden extrapolar a la fabricación de productos
comerciales complejos e incluso a la fabricación de insertos para moldes de inyección de
plástico o de fundición a presión.
A excepción del modelo fabricado por ProMetal mediante la técnica de 3DP printing, en la
mayoría de los casos ha sido necesario utilizar soportes para su construcción. Estos soportes presentan mucha dificultad para su eliminación en el caso de los modelos fabricados por
Trumpf mediante Laserforming y MCP mediante Selective Laser Melting, que incluso presenta dificultad para ser separado de la plataforma. En el modelo fabricado por Concept Laser mediante Laser Cusing la pieza ha sido construida con otra orientación y parte de los
soportes han sido eliminados por el fabricante. El resto pueden ser eliminados sin aparente
dificultad.
El análisis dimensional ha manifestado que los modelos fabricados por MCP y Concept Laser presentan muy buena precisión, si bien la media y desviación típica ha sido menor en la
pieza fabricada por MCP. Por el contrario este modelo ha presentado combadura y el efecto
Z-bonus, que consiste en “achatar” los círculos en el eje Z debido a la construcción por capas. La pieza fabricada por Trumpf también ha presentado combadura Todas las geometrías críticas han sido construidas satisfactoriamente en los modelos de MCP y Concept Laser, mientras que algunas de estas geometrías no se han fabricado en los modelos proporcionados por Trumpf y ProMetal
El tiempo de fabricación está compuesto por las horas necesarias de construcción en máquina y las operaciones secundarias imprescindibles para completar la construcción de la
pieza, sin incluir procesos de acabado. No se ha contemplado tampoco el tiempo necesario
para eliminar los soportes ni de retirar el modelo de la plataforma de construcción.
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RM piezas complejas
Los valores expuestos han sido proporcionados por los proveedores y no han sido comprobados por los técnicos evaluadores del proyecto.
Para la evaluación de las propiedades mecánicas se han realizado ensayos de tracción y
dureza obteniendo datos de tensión de rotura, elongación y dureza que han sido comparados con los expuestos por los fabricantes en las hojas técnicas de cada material, cumpliendo en la mayoría de los casos las expectativas previstas.
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SLS/SLM processes as rapid manufacturing techniques
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Task 4.2, Report 2. June 1999
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RM piezas complejas
M.Shellabear Model manufacturing processes-state of the art in rapid prototyping. RAPTEC,
Task 4.2 Report 1. February 1998
T.Wholers Wholers Report 2005
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