Una de las tecnologías de fabricación aditiva más precisas del mercado son las impresoras 3D de lecho de polvo, que utilizan varias técnicas para fundir o sinterizar materiales en polvo en capas sucesivas para formar componentes acabados. Estas impresoras utilizan archivos CAD que se cortan con un software de corte y luego se pasan por la impresora 3D.

Dos tecnologías muy conocidas de fusión de lechos de polvo son la fusión por haz de electrones (EBM) y la fusión selectiva por láser (SLM), que utilizan polvos de aleaciones metálicas para imprimir. Cada una de ellas forma a partir de polvo metálico secciones fuertes y gruesas, aunque presentan muchas diferencias en cuanto a su método y capacidades.

Definición de EBM (fusión por haz de electrones)

La EBM es una técnica de fabricación aditiva que utiliza un haz de electrones generado por un cañón de electrones dirigido por campos magnéticos. Este sistema fue inventado por Arcam (que fue adquirida por GE) junto con la Universidad Tecnológica de Chalmers en 1993.

Características clave del proceso EBM

• Utiliza un filamento de tungsteno sobrecalentado para emitir electrones en una cámara de vacío.
• Los electrones viajan aproximadamente a la mitad de la velocidad de la luz
• Puede alcanzar temperaturas de hasta 2.000°C
• El haz de electrones puede dirigirse a velocidades de hasta 8.000 mm/s
• Requiere una cámara de vacío para evitar la oxidación
• Utiliza electrones energizados en lugar de fotones (como el láser)

Materiales EBM

EBM sólo imprime metales y aleaciones conductores, incluidos:

• Titanio y aleaciones de titanio (Ti6AL4V)
• Tántalo
• Acero inoxidable
• Acero para herramientas
• Cromo-cobalto (CoCrMo)
• Cobre
• Aleaciones de níquel (Inconel® 718)

Definición de SLM (fusión selectiva por láser)

La SLM es una tecnología de fusión de lecho de polvo que utiliza láseres de fibra de alta potencia para fundir selectivamente polvo metálico. Inventada en 1995 y comercializada por SLM Solutions, la SLM puede utilizar hasta 12 láseres de alta potencia simultáneamente.

Características clave del proceso SLM

• Utiliza láseres de fibra de alta potencia (normalmente 1000 W por láser)
• Funde completamente el material en lugar de sólo sinterizarlo
• Funciona en una cámara llena de gas inerte (no al vacío)
• Alturas de capa de 20 a 50 micras
• Puede ajustar la anchura del haz para optimizar la velocidad o la precisión

Materiales SLM

La SLM dispone de una gama más amplia de materiales, entre los que se incluyen:

• Metales puros como el titanio
• Acero para herramientas
• Cobre
• Acero inoxidable
• Cromo cobalto
• Aluminio y aleaciones de aluminio
• Metales preciosos
• La mayoría de las aleaciones a base de hierro, níquel, cobalto y cobre

Comparación detallada | EBM vs SLM

Diferencias tecnológicas

Comparación de resultados | EBM vs SLM

Velocidad

Ventajas de la MBE: Imprime más rápido que la SLM de un solo haz gracias al haz más ancho y al posicionamiento rápido

Respuesta de SLM: Los sistemas SLM multihaz (hasta 12 láseres) pueden igualar o superar la velocidad de EBM

Precisión y acabado superficial

Ventajas de SLM: Mayor precisión dimensional, acabado superficial superior, resolución de capa más fina

Desventajas de la MBE: Acabado superficial más rugoso debido a la mayor anchura del haz, requiere más tratamiento posterior

Construir volumen

EBM: Limitado a 350 mm de diámetro × 430 mm de altura (cilíndrico)

SLM: Hasta 600 × 600 × 600 mm (posibilidad de piezas singulares más grandes)

Propiedades de los materiales y aplicaciones

Características de las piezas

• Ambas tecnologías producen:
• Piezas de alta densidad
• Excelentes propiedades mecánicas
• Propiedades isótropas de los materiales
• Componentes resistentes y ligeros

Específicos de EBM:

• Menos tensiones internas
• Rara vez se requiere tratamiento térmico
• Tasa de reciclaje de polvo de hasta 98%

Específico SLM:

• Baja porosidad
• Mayores tensiones internas (a menudo requiere un tratamiento térmico posterior a la fabricación)
• Buena precisión dimensional

Aplicaciones industriales

Aplicaciones de EBM:

• Aeroespacial (álabes de turbina)
• Medicina (implantes ortopédicos)
• Componentes de automoción
• Aplicaciones de defensa
• Industria petroquímica

Aplicaciones SLM:

• Aeroespacial
• Automoción
• Médico y dental
• Utillaje industrial
• Construcción
• Joyería
• Conjuntos completos (no sólo componentes)

Ventajas y desventajas | EBM vs SLM

Ventajas de la MBE:

• Mayor velocidad de impresión (haz único)
• Temperaturas de fusión más elevadas (hasta 2.000°C)
• Se necesitan menos estructuras de soporte
• Menores tensiones internas
• Excelentes propiedades mecánicas
• Alta tasa de reciclaje de polvo
• Puede separar el haz a varias ubicaciones simultáneamente

Desventajas de la MBE:

• Limitado sólo a materiales conductores
• Requiere cámara de vacío (añade complejidad, limita el tamaño)
• Menor precisión del producto
• Acabado superficial rugoso que requiere tratamiento posterior
• Máquinas y materiales caros
• Tecnología propia
• Requiere técnicos altamente cualificados
• Limitado a piezas pequeñas
• Periodo de enfriamiento necesario

Ventajas de la SLM:

• Gama más amplia de materiales
• Mayor precisión dimensional
• Acabado superficial superior
• Mayores volúmenes de construcción
• Puede imprimir conjuntos completos
• El operario puede ajustar la anchura del haz en función de la velocidad y la precisión
• Múltiples opciones de láser para aumentar la velocidad

Desventajas del SLM:

• Impresión más lenta (sistemas monohaz)
• Mayores tensiones internas
• Requiere tratamiento térmico posterior a la construcción
• Máquinas básicas más caras 

Tecnologías alternativas

Sinterización directa de metales por láser (DMLS)

Sinterización directa de metales por láser Similar a la SLM pero utiliza múltiples láseres de menor energía y ofrece una precisión superior con mejor resolución que la EBM y la SLM, aunque con menor densidad.

Deposición de energía dirigida (DED)

Puede imprimir metales, polímeros y cerámica utilizando filamentos o polvo. Produce rápidamente productos de mayor tamaño y puede trabajar con varios materiales.

Sinterización selectiva por láser (SLS)

Sinterización selectiva por láser es muy similar a la SLM, pero imprime con materiales plásticos en lugar de metálicos.

Resumen

Tanto la EBM como la SLM son tecnologías de impresión 3D de metal por fusión en lecho de polvo que utilizan fuentes de calor de alta intensidad para fundir el polvo metálico y producir productos fuertes y densos. La elección entre una y otra depende de los requisitos específicos:

Elija EBM cuando:

• La velocidad es la prioridad
• Trabajar con materiales refractarios/conductores
• Es importante minimizar la tensión interna
• Debe evitarse el tratamiento térmico

Elija SLM cuando:

• La precisión y el acabado superficial son fundamentales
• Se necesita variedad de material
• Se necesitan piezas más grandes o conjuntos completos
• Es necesaria una mayor resolución

Ambas tecnologías siguen evolucionando, con la SLM ganando terreno gracias a los sistemas multiláser que igualan las ventajas de velocidad de la EBM al tiempo que mantienen una precisión y una flexibilidad de materiales superiores.

Preguntas frecuentes

¿En qué se diferencian la EBM y la SLM en la fuente de calor que utilizan?

La EBM utiliza un haz de electrones, mientras que la SLM emplea un láser para fundir polvos metálicos.

¿Qué proceso funciona en una cámara de vacío?

La EBM funciona en vacío, mientras que la SLM lo hace en una atmósfera de gas inerte.

¿Qué metales se procesan habitualmente mediante EBM y SLM?

La EBM suele utilizarse para el titanio y las aleaciones de cobalto-cromo; la SLM trabaja con una gama más amplia que incluye aceros inoxidables y aluminio.

¿Cómo se comparan el acabado superficial y la precisión?

La SLM suele producir acabados superficiales más finos y piezas de mayor resolución que la EBM.

¿Qué proceso suele ser más rápido?

La EBM puede tener velocidades de construcción más rápidas gracias a su mayor densidad de energía y volumen de fusión.

¿Cuáles son las aplicaciones típicas de la EBM frente a la SLM?

La EBM es popular en el sector aeroespacial y los implantes médicos; la SLM se utiliza en automoción, aeroespacial y utillaje.

¿Qué proceso da lugar a piezas con menos tensiones residuales?

Las piezas EBM tienden a tener una menor tensión residual debido al entorno de vacío y al precalentamiento.

¿Es diferente el posprocesamiento entre EBM y SLM?

Ambos requieren un tratamiento posterior similar, pero las piezas SLM pueden necesitar más acabado superficial.

¿Qué método es más caro?

Los costes varían, pero las máquinas y el funcionamiento de la EBM suelen ser más caros que los de la SLM.