Impresoras 3D para materiales con gradiente funcional — Fabricación aditiva metálica con gradiente
3DPTEK es el único fabricante del mundo de impresoras 3D FGM listas para la producción. Nuestra tecnología SLM multipolvo patentada permite transiciones fluidas entre aleaciones metálicas diferentes dentro de una misma pieza, lo que da lugar a propiedades de los materiales imposibles de conseguir con los métodos de fabricación convencionales.
¿Qué son los materiales con gradiente funcional (FGM)?
Los materiales con gradiente funcional (FGM), también conocidos como materiales con gradiente funcional, son compuestos avanzados en los que se combinan dos o más materiales con propiedades diferentes dentro de un único componente continuo. A diferencia de los métodos de unión tradicionales, los FGM eliminan las interfaces bruscas: la composición y la microestructura varían gradualmente a lo largo de la pieza.
En la fabricación convencional, combinar una superficie resistente al desgaste con un núcleo tenaz y dúctil requiere soldadura, soldadura fuerte o fijación mecánica, procesos que, en cada caso, generan concentraciones de tensiones y puntos de fallo. La tecnología FGM resuelve este problema creando un gradiente composicional sin juntas: 100% del material A en una superficie, que pasa suavemente a 100% del material B en la otra.
La tecnología SLM de gradiente de 3DPTEK lo hace posible mediante el control preciso de la proporción de dos (o más) polvos metálicos depositados sobre el lecho de polvo antes de la fusión por láser. El resultado: una pieza única que es a la vez dura y tenaz, resistente a la corrosión y térmicamente conductora, ligera y resistente.
Cómo funciona la impresión 3D con metal Gradient
El sistema patentado de suministro de múltiples polvos de 3DPTEK permite un control preciso de la composición a lo largo de uno, dos o tres ejes, una capacidad que ninguna otra impresora 3D de metal comercial puede igualar.
Deposición de múltiples polvos
Se dosifican con precisión dos o más polvos metálicos y se depositan sobre la plataforma de impresión en proporciones controladas y que varían continuamente.
Control de la composición
Los mecanismos patentados de distribución de polvo crean gradientes de composición uniformes a lo largo de los ejes X, Y y/o Z con una precisión del orden de las micras.
Fusión selectiva por láser
Un láser de fibra IPG de 500 W funde selectivamente la mezcla de múltiples polvos para crear un componente metálico totalmente denso y continuo, átomo a átomo, capa a capa.
Parte con degradado sin costuras
Sin soldaduras. Sin uniones. Sin adhesivos. Solo una pieza continua con propiedades del material que varían espacialmente, fabricada en un único proceso.
Por qué es importante la impresión 3D con metal en gradiente
La fabricación aditiva metálica con gradiente permite a los ingenieros diseñar componentes con propiedades optimizadas espacialmente, lo que supone un cambio de paradigma respecto al diseño con materiales homogéneos.
Degradado, no capas
Las transiciones composicionales continuas sustituyen a las interfaces discretas entre materiales, lo que elimina las concentraciones de tensiones que generan los métodos de unión tradicionales.
Un solo componente, múltiples propiedades
Resistente al desgaste en las zonas de contacto, resistente a la corrosión en las zonas expuestas y resistente a la carga donde soporta peso: todo ello en un único componente monolítico.
Sin soldaduras, sin fallos
Se eliminan la soldadura fuerte, la soldadura y las uniones mecánicas. No hay corrosión entre metales diferentes. No hay concentradores de tensiones en las uniones. Solo un sistema de material continuo.
I+D acelerada
Prueba toda la gama de composiciones en una sola serie de fabricación. Evalúa nuevos sistemas de aleaciones en cuestión de días, en lugar de meses. Reduce los riesgos de la innovación en materiales antes de pasar a la producción a gran escala.
Sistemas de impresión 3D Gradient Metal
Dos plataformas listas para la producción destinadas a la fabricación de materiales con gradiente funcional. Ambos sistemas cuentan con láseres de fibra IPG de 500 W, una arquitectura de material abierta y una tecnología patentada de suministro de múltiples polvos.
AFS-M120X
Gradiente horizontal (eje X) entre dos aleaciones. Para componentes que requieren propiedades de material diferentes en las caras opuestas: utillaje, piezas de desgaste y componentes resistentes a la corrosión.
AFS-M120XT
Control total de la composición en los ejes X, Y y Z con transiciones bruscas entre capas en el eje Z. Para investigación avanzada con múltiples materiales y componentes que requieren una complejidad real de gradientes 3D.
Combinaciones de materiales con gradiente de probada eficacia
Los sistemas de gradiente de 3DPTEK han demostrado su eficacia en una amplia gama de pares de aleaciones de importancia industrial. Cada combinación se ha validado mediante análisis de la microestructura y ensayos mecánicos.
Gradiente de aleación de Ta-Ti
Transiciones de tantalio-titanio para implantes biomédicos que requieren una alta radiopacidad combinada con osteointegración.
CoCrMo → IN718
Gradiente de cobalto-cromo a Inconel 718 para componentes aeroespaciales que requieren resistencia al desgaste con transición a resistencia a altas temperaturas.
SS316L → CoCrMo
Acero inoxidable resistente a la corrosión que da paso al cobalto-cromo, un material de alta resistencia al desgaste, para aplicaciones marítimas y de procesamiento químico.
Acero abrasivo + aleación a base de níquel
Acero para herramientas resistente al desgaste con superaleación de níquel, destinado a componentes de reactores nucleares que requieren resistencia a la corrosión a altas temperaturas.
Degradado de aluminio y acero
El aluminio ligero da paso al acero de alta resistencia en los componentes navales que requieren tanto una reducción de peso como integridad estructural.
Colocación de polvo con gradiente en 2D
Colocación de polvo aditivo en lecho en dos fases y con gradiente bidimensional, que permite el control simultáneo de la composición en los ejes X e Y.
AFS-M120X y AFS-M120XT — Especificaciones
Ambos modelos comparten la misma plataforma de precisión. El AFS-M120XT incorpora un gradiente vertical y un depósito de mayor altura.
| Parámetro | AFS-M120X | AFS-M120XT |
|---|---|---|
| Función de gradiente | Gradiente horizontal (eje X) | Horizontal + Vertical (X/Y/Z) |
| Dimensiones del depósito (L × W × H) | 120 × 120 × 150 mm | 120 × 150 × 150 mm |
| Dimensiones del equipo (L × W × H) | 1532 × 1390 × 1830 mm | |
| Tipo de láser | Láser de fibra IPG — 500 W | |
| Precisión de conformado | ±0,1 mm / 100 mm | |
| Velocidad de conformado | 2–20 cm³/h | |
| Espesor de la capa | 0,02–0,1 mm | |
| Velocidad máxima de escaneo | 6 m/s | |
| Materiales de conformado | Acero inoxidable • Aleación de titanio • Aleación de aluminio • Acero para matrices • Aleación de CoCr • Aleación a base de níquel | |
| Peso del equipo | Aprox. 1,5 toneladas | |
| Fuente de alimentación | 380 V CA / 50 Hz / 8 kW, trifásico, de cinco hilos (TN-S) | |
Sectores transformados por la impresión 3D con metal de Gradient
La tecnología FGM aborda retos que la metalurgia convencional no puede resolver. Aquí es donde la impresión metálica con gradiente está teniendo un mayor impacto.
Aeroespacial y turbomáquinas
Álabes de turbina con gradientes de barrera térmica. Componentes de la cámara de combustión con superficies resistentes a la oxidación y núcleos resistentes a la fluencia. Soluciones de una sola pieza que sustituyen a los conjuntos de múltiples aleaciones.
Energía nuclear
Componentes de reactores que requieren a la vez resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión electrolítica. Validados por el Instituto de Automatización de Shenyang para aplicaciones nucleares.
Sector naval y construcción naval
Estructuras ligeras con transición gradual de aluminio a acero para buques de guerra. Alta resistencia a la corrosión combinada con integridad estructural. Validadas por la Universidad Tecnológica de Lanzhou.
Implantes médicos
Dispositivos con gradiente biocompatibles, con superficies de articulación resistentes al desgaste y zonas de contacto con el hueso osteointegrantes. Sistemas de gradiente de Ta-Ti y CoCrMo-Ti.
Moldes y fundición a presión
Matrices con refrigeración conformada, fabricadas con cobre de alta conductividad térmica que se transforma gradualmente en acero para herramientas de alta dureza en la superficie de trabajo. Mejora notable de los tiempos de ciclo y de la vida útil de las herramientas.
Investigación sobre materiales
Cribado de aleaciones de alto rendimiento. Imprime bibliotecas completas de composiciones en una sola impresión. Acelera el desarrollo de nuevos materiales, pasando de años a semanas.
Estudios de casos de investigación
Las impresoras 3D de metal con gradiente de 3DPTEK cuentan con la confianza de las principales instituciones de investigación para aplicaciones exigentes y del mundo real.
Componentes de un reactor nuclear
El grupo de desarrollo del Laboratorio Estatal Clave de Robótica logró la fabricación aditiva con gradiente de aleaciones de Ta-W y Ta-Ti utilizando la tecnología SLM con gradiente de 3DPTEK, materiales que antes resultaban imposibles de procesar con una sola aleación. Este avance eliminó la necesidad de recurrir a ensamblajes multimateriales en entornos críticos de reactores.
Estructuras navales ligeras
Se ha desarrollado un material bidimensional con gradiente de aleación de aluminio y acero para la investigación y el desarrollo de componentes navales. La transición gradual ha permitido conseguir características de ligereza en las superficies con mayor contenido de aluminio, al tiempo que se mantiene una alta resistencia mecánica y a la corrosión en las superficies con mayor contenido de acero. Esta investigación abre el camino a estructuras navales de nueva generación que son, a la vez, más ligeras, más resistentes y más duraderas que los diseños convencionales.
Preguntas frecuentes
Los materiales con gradiente funcional (FGM), también conocidos como materiales con gradiente funcional, son compuestos avanzados en los que se combinan dos o más materiales con propiedades diferentes dentro de un mismo componente. La composición y la microestructura varían gradualmente a lo largo de la pieza, lo que elimina las interfaces bruscas y permite que un único componente posea diferentes propiedades —como resistencia al desgaste en una superficie y resistencia a la corrosión en otra— sin juntas, soldaduras ni adhesivos.
Los sistemas SLM con gradiente de 3DPTEK utilizan una tecnología patentada de suministro de múltiples polvos. Se depositan con precisión dos o más polvos metálicos en proporciones controladas sobre el lecho de polvo, para luego fundirlos selectivamente mediante láser. Nuestro modelo AFS-M120X permite realizar transiciones de gradiente en el eje horizontal (eje X), mientras que el AFS-M120XT añade la capacidad de gradiente en el eje vertical (eje Z) para lograr un auténtico control de la composición en 3D en una sola impresión.
Los sistemas de gradiente de 3DPTEK han demostrado transiciones satisfactorias entre: aleaciones de Ta-Ti, CoCrMo e IN718 (Inconel), SS316L y CoCrMo, acero abrasivo y aleaciones a base de níquel, y aleaciones de aluminio y acero. Esta tecnología admite prácticamente cualquier combinación de polvos metálicos soldables, lo que la convierte en la solución ideal para el desarrollo de nuevos materiales y la optimización del rendimiento.
Los componentes fabricados mediante FGM cobran cada vez más importancia en los sectores aeroespacial (componentes de turbinas con gradientes térmicos), de la energía nuclear (componentes resistentes a la corrosión y a altas temperaturas), de la ingeniería naval (estructuras ligeras de alta resistencia), de los dispositivos médicos (implantes biocompatibles con gradientes) y de las herramientas (superficies resistentes al desgaste con núcleos tenaces). Los sistemas de 3DPTEK han sido utilizados por el Instituto de Automatización de Shenyang y la Universidad Tecnológica de Lanzhou para aplicaciones nucleares y marítimas.
Sí. 3DPTEK es, en la actualidad, el único fabricante que ofrece impresoras 3D de materiales con gradiente funcional listas para la producción y disponibles en el mercado. Nuestra tecnología patentada de suministro de polvos múltiples y control de gradientes, desarrollada en colaboración con las principales instituciones de investigación chinas, es única en el mercado mundial de la fabricación aditiva.