Caracterización de polvos metálicos para la fabricación aditiva

La fabricación aditiva (AM), también conocida comúnmente como impresión 3D, es el proceso de construir una estructura o componente tridimensional desde cero, normalmente capa por capa. Existen siete categorías principales de procesos de fabricación aditiva, tal como las define el Comité ASTM F42 sobre Tecnologías de Fabricación Aditiva. Uno de los procesos AM de más rápido crecimiento es la fusión de lecho de polvo, en la que se deposita una capa de polvo sobre una plataforma de construcción y se utiliza un láser o un haz de electrones para fundir o fusionar selectivamente el polvo. Después de la fusión, la plataforma se desciende y el proceso se repite capa por capa hasta completar la fabricación. El polvo no fusionado se retira de la cámara de construcción y normalmente se recicla según su estado. Los polvos metálicos son los materiales más utilizados, aunque los polvos cerámicos y poliméricos también se emplean ampliamente.

La eficiencia de los procesos de fabricación aditiva en lecho de polvo y la calidad de los componentes acabados dependen en gran medida del comportamiento de flujo y de la densidad de empaquetamiento de los polvos. El tamaño de partícula influye directamente en estas propiedades y, por tanto, es una especificación clave para los polvos utilizados en este proceso, siendo el tamaño óptimo de partícula de 15-45 μm para Selective Laser Melting (SLM) y de 45-106 μm para Electron Beam Melting (EBM). La forma de partícula y la distribución de formas de partícula también se sabe que influyen en cómo fluyen y se empaquetan los polvos, por lo que son otro indicador clave de la calidad del polvo.

La difracción láser es una técnica establecida para determinar la distribución del tamaño de partícula de los polvos metálicos (ASTM B822) y funciona midiendo la variación angular de la luz dispersada cuando un haz láser pasa a través de una dispersión del polvo metálico. Es una técnica rápida, de alto rendimiento y alta resolución que permite cuantificar todas las fracciones de tamaño en el polvo metálico, incluido el contenido de finos, como se muestra a continuación.

La difracción láser asume que todas las partículas son esféricas, por lo que, aunque proporciona datos de tamaño de alta resolución (basados en una esfera de tamaño equivalente), no ofrece información sobre la forma. Una técnica complementaria a la difracción láser es la imagen automática, en la que se capturan y analizan imágenes individuales de partículas para determinar su tamaño, su forma y otras propiedades físicas. Se pueden construir distribuciones estadísticamente representativas midiendo decenas a cientos de miles de partículas metálicas por medición. Mediante algoritmos avanzados de análisis de imagen, las partículas pueden clasificarse según su rugosidad superficial, irregularidad y la presencia de satélites, como se ilustra a continuación.

El Mastersizer 3000 (Difracción láser) y el Morphologi 4 (Imagen automática) de Malvern Panalytical son tecnologías líderes en su clase que se utilizan cada vez más en este sector para:

• Garantizar un suministro constante de polvo y evitar variaciones en la calidad del producto final
• Identificar polvos adecuados para máquinas con distintos diseños de esparcidor o rastrillo
• Optimizar las condiciones de atomización para lograr las características deseadas del polvo
• Predecir y optimizar la densidad de empaquetamiento y las características de flujo del polvo
• Seguir los cambios en las propiedades del polvo durante el procesamiento y el reciclaje