La impresión 3D con metal está en auge: Cualificación de depósito a presión fabricado de forma aditiva con soldadura

La impresión 3D con metal por arco eléctrico va camino de cambiar radicalmente la producción de componentes metálicos. El proceso de fabricación aditiva "Near Net Shape" con hilo de soldadura da forma a objetos tridimensionales aplicando cordones capa a capa. Podemos encontrar ejemplos en ámbitos como la construcción de instalaciones, la aeronáutica, la fabricación de herramientas y la estructura ligera. Esta tecnología resulta especialmente ventajosa para las geometrías complejas con un alto grado de mecanizado. En este caso, el proceso es más flexible y a menudo más económico que los procesos de mecanizado o conformado.

También ofrece ventajas con respecto a las piezas de recambio, la construcción de prototipos y la producción de pequeñas series. En EE. UU ya hay normas para la impresión 3D con metal, y en Europa se están elaborando para los depósitos a presión no sometidos a acción de llama fabricados de forma aditiva. Linde Engineering, MIGAL.CO, TÜV SÜD Industrie Service GmbH y Fronius están trabajando en primera línea para dar el impulso definitivo a esta variante de producción basada en soldadura por arco.

Componentes a medida y "justo a tiempo"

Las técnicas de fabricación convencionales, como la fundición, suelen estar asociadas a complejos moldes y herramientas. A ello se le suman los plazos y los costes de desarrollo. Si una empresa opta por la impresión 3D con metal, puede acortar considerablemente los tiempos de producción. Los procesos de producción aditiva no solo permiten la fabricación rápida de prototipos (Rapid Prototyping), sino también la producción "justo a tiempo". En otras palabras, ayudan a evitar situaciones arriesgadas al depender de un único proveedor, que además suelen implicar altos costes de almacenamiento. Si se necesitan determinados componentes, se seleccionan las "recetas" correspondientes en el software y se "imprimen" según sea necesario. Casi no existen límites para las geometrías de los componentes. Por otro lado, los diseños con topología y flujo optimizados son algo cotidiano en la fabricación aditiva, incluso en el caso de los componentes de gran tamaño.

El proceso de soldadura CMT es ideal para la impresión 3D con metal

La impresión 3D funciona con diferentes procesos. Los procesos basados en hilo, como "Fronius Additive", producen la pieza de trabajo capa a capa fundiendo el hilo de soldadura. Para evitar aplicar demasiada temperatura sobre el material, deben consumir la menor energía posible. El proceso de soldadura Cold Metal Transfer (CMT) basado en MIG de Fronius es especialmente adecuado para la impresión 3D de componentes de aluminio. CMT es un proceso de arco corto "frío" que minimiza el aporte térmico a pesar de su elevada tasa de deposición. Es ideal para la soldadura aditiva, en la que la aplicación cíclica de cordones de soldadura provoca una elevada temperatura entre pasadas.

CMT es compatible con funciones idóneas para la impresión 3D con metal. Un ejemplo típico es la "corrección de potencia", que permite ajustar con precisión la potencia eléctrica aplicada a la fase correspondiente del proceso, mientras la tasa de deposición permanece constante.

"Con nuestras funciones CMT Additive Pro especialmente desarrolladas para la fabricación aditiva, como la corrección de potencia o el estabilizador de deposición (Deposition Stabilizer), que mantiene la tasa de deposición constante, podemos controlar de forma específica la entrada de potencia y, por tanto, la altura y la anchura del cordón", explica DI Leonhard Reiter, Fronius R&D.

Fronius apoya el desarrollo de normas para la fabricación aditiva de componentes y equipos a presión

Como miembro del "Grupo de trabajo conjunto sobre componentes de fabricación aditiva con arreglo a la Directiva sobre equipos a presión del organismo nacional de normalización de Alemania (DIN)", Fronius participó en la cualificación de modelos de un componente soldado de forma aditiva en colaboración con MIGAL.CO, Linde Engineering y TÜV SÜD. En el proceso se examinó la aplicabilidad del proyecto de norma prEN 13445-14 a los componentes de depósitos a presión no sometidos a acción de llama.

La cualificación de los materiales, las pruebas de diseño, los procesos, la fabricación aditiva, las pruebas de componentes y de presión y la documentación completa de la cadena de procesos se llevaron a cabo en los respectivos emplazamientos de acuerdo con las competencias de los socios implicados y, posteriormente, se creó una Additive Manufacturing Procedure Specification (AMPS) vinculante.

"El proyecto de norma prEN 13445-14 y la ya publicada DIN/TS 17026 tienen en cuenta toda la cadena de valor, incluidos todos los detalles de supervisión. Así nos aseguramos de cumplir los requisitos básicos de seguridad definidos en la Directiva sobre equipos a presión 2014/68/UE", afirma la Dra. Ing. Kati Schatz, de Linde Engineering, al describir el contenido de la norma resultante. "Todos los detalles están incluidos. En particular, los requisitos de los materiales, el diseño, la cualificación del proceso aditivo, la producción y las pruebas, así como la recepción y la documentación. El procedimiento apenas difiere del de los depósitos a presión convencionales. Incluso sin la denominada "presunción de conformidad" de una norma que se aspira a armonizar y que está sujeta a un proceso de modificación, la especificación puede servir de guía para todas las partes implicadas en el proceso de fabricación aditiva de equipos de presión".

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