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Fabricación aditiva de componentes metálicos:

Retos, tendencias, oportunidades y visión IK4-LORTEK

Ordizia, 27 de Noviembre de 2013

Ventajas y limitaciones

Retos y tendencias (vectores de innovación)

Oportunidades de la fabricación aditiva de metales

Visión de IK4-LORTEK

2 Ventajas y limitaciones Retos y tendencias Oportunidades Visión IK4-LORTEK

Ventajas de la Fabricación Aditiva en metales

3

■ Libertad de diseño: formas complejas, detalles internos,

estructuras reticulares

■ Personalización de productos y series cortas

■ Eficiencia máxima del material (no desperdicios)

■ Reducción tiempo lanzamiento mercado (flexibilidad cambios)

■ No se requieren útiles, moldes ni troqueles

■ Piezas totalmente funcionales y sin porosidad residual

■ Productos aligerados, ergonómicos con varios mecanismos

integrados

■ Menor impacto medioambiental

VENTAJAS

Ventajas y limitaciones Retos y tendencias Oportunidades Visión IK4-LORTEK

Limitaciones de la Fabricación Aditiva en metales

4

■ Velocidad de fabricación limitada (5-20 cm3/h) (<0,16 Kg/h inox)

■ Necesidad de soportes en salientes y zonas suspendidas (materiales metálicos)

■ Piezas sin defectos a la primera

■ Disponibilidad y coste de los materiales (polvos)

■ Tamaño límite de piezas

■ Acabado superficial de las piezas (SLM: Rz > 20 m)

■ Estabilidad geométrica y repetitividad de propiedades

■ Falta de normativas y especificaciones

■ Inversión inicial equipamiento

LIMITACIONES


Capacidades actuales tecnología SLM

5

SLM

Materiales aceros inoxidable, aceros herramienta,

aleaciones base Ni, aleaciones Ti y Al

(limitadas), aleaciones Co-Cr, bronces,

metales preciosos

Densidad > 99%

Tolerancias

dimensionales:

0,05-0,1 mm

Espesor de pared > 200 m

Acabado

superficial

Rz 20-100 m

Limitaciones

geométricas

ángulos inferiores a 45º con soportes

Tamaño de pieza Limitado por plataforma (L < 250 mm)



6

1) Incremento de la productividad: (tasa de deposición)

• Láseres con mayores potencia (1 KW)

• Equipos multi-láser

• Reducción tiempos críticos del proceso (creación capas, entre

capas, inicios y paradas)

• Nuevas estrategias de fabricación (skin-core)

• Aumento volumen pieza a fabricar

2) Piezas bien a la primera

• Metodologías para selección de parámetros

• Metodologías para validación de polvos

• Análisis en función del material y diseño

• Detección en línea y temprana de defectos


FP7 Merlin Project (Courtesy of Fraunhofer ILT)


7

3) Mejora de la estabilidad del proceso

• Mejora prestaciones y calidad alcanzables por material

• Estabilidad geométrica en y entre lotes

• Influencia del polvo: reutilización y reciclado

• Calidad de producto y proceso (trazabilidad)

4) Materiales:

• Incremento gama de materiales procesables

• Bases de datos de propiedades de materiales para aplicaciones

• Propiedades mecánicas estáticas y dinámicas similares o

superiores a procesos convencionales

• Optimización microestructural

5) Mejora de la calidad superficial (rugosidad y tolerancias):

• Procesos híbridos



8

6) Reducción de costes

• Nuevos polvos mediante rutas de fabricación alternativas

• Optimización diseño topológico

• Mejora utilización del material: reducción soportes

• Equipos

FP7 Merlin Project (Courtesy of Fraunhofer ILT)



9

Hoja de ruta de la investigación en fabricación aditiva de IK4-LORTEK:

Reto Línea I+D SLM LMD

Piezas bien a

la primera

Estudio influencia parámetros proceso (potencia

láser, velocidad, tipo láser, espesor capa, tamaño spot)

para diferentes materiales

Optimización secuencias y trayectorias de

deposición

Estudio influencia características y calidad de polvos

Definición de reglas de diseño y criterios de

fabricación para diferentes materiales: espesor de

pared, grados de inclinación sin soportes, túneles,…

Simulación de proceso: tensiones residuales y

distorsiones

Control en línea y monitorización de proceso



10

Hoja de ruta la investigación en fabricación aditiva de IK4-LORTEK:


Mejora de la

estabilidad

del proceso

Optimización prestaciones (propiedades mecánicas,

corrosión, fatiga,….) y calidad alcanzables por material

Reducción de tensiones residuales y distorsiones

mediante simulación y validación experimental


Simulación en tiempo real

Desarrollo de procesos inteligentes autoadaptables -

Definición de planes de calidad: trazabilidad de

variables esenciales, control



11



Materiales

Desarrollo del proceso para nuevos materiales

(superaleaciones Ni difícil soldabilidad (MARM 247,

CM247LC), aleaciones Aluminio, metales refractarios

(W), aceros agrietables en frío (aceros martensíticos))

Generación de BBDD de propiedades para diferentes

aplicaciones en función del material y parámetros

Optimización de propiedades mecánicas y dinámicas:

parámetros proceso y tratamientos térmicos

Optimización y análisis microestructural (SEM,

EBSD) tras proceso y tratamientos térmicos

Desarrollo de nuevas aleaciones aptas para fabricación

aditiva



12 Introducción Tecnologías SLM Materiales y parámetros SLM Aplicaciones SLM Fases proceso SLM



Mejora de

calidad

superficial

Procesos híbridos: fabricación aditiva + tratamiento

superficial (granallado, electropulido, pulido mecano-

químico, pulido abrasivo)

-

Estudio influencia estrategia fabricación y

parámetros en calidad superficial


Reducción

de costes

Validación polvos fabricados mediante rutas

alternativas

Optimización de soportes -

Optimización del diseño topológico

Reciclabilidad de polvos -

Ventajas y limitaciones



Visión de IK4-LORTEK

13


14

1) Tecnologías de fabricación emergentes con aplicaciones en:

• Prototipado

• Producción unitaria

• Personalización de productos

• Reparaciones

2) Grandes expectativas de crecimiento

• Incrementos anuales sostenidos de dos dígitos en venta

equipos

• De 2011 a 2015 duplicación del volumen de negocio

3) Grandes mercados / sectores:

• Industrial: médico, dental, aeronáutico, automoción, molde y

matricería

• Bienes de consumo: accesorios de hogar, ocio y

entretenimiento



15

5) Fabricación digital

6) Relacionado con tendencias industriales y de mercado

• Eco-diseño

• Industria 4.0

• Producción distribuida

• Personalización en masa

• Productos inteligentes


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17

Tecnología esencial en Horizon 2020:

• Programa Marco Horizon 2020 incluye acciones para apoyar y

promover tecnologías facilitadoras y esenciales entre las que se

incluye Fabricación Avanzada y Procesos (FoF, Multiannual

Roadmap – EFFRA, 27 Nov 2012)

• FoF incluye en su hoja de ruta la FABRICACIÓN ADITIVA como

un proceso de fabricación avanzado esencial. 6 llamadas en FoF

2014 y 2015

• Fabricación Avanzada y Fotónica entre las 6 Tecnologías

Esenciales Facilitadoras (KETs) a promover para el desarrollo de

productos y la fabricación competitiva


Visión IK4-LORTEK

18

En los próximos años las tecnologías de fabricación aditiva de

metales van a modificar los paradigmas de fabricación actuales

Las tecnologías LMD y SLM de muchos metales presentan

actualmente un grado de madurez adecuado y se están introduciendo

en aplicaciones y nichos de mercado cada vez mayores (médico,

aeronáutica,….)

Es necesario un desarrollo tecnológico adicional para superar los

retos actuales y propiciar un auge todavía mayor de estas tecnologías

Estas tecnologías se han definido como prioritarias para el desarrollo

económico y social de los países más desarrollados

Tecnologías estratégicas para IK4-LORTEK


Visión IK4-LORTEK


Referencias:

Fabricación aditiva de componentes metálicos:

Retos, tendencias, oportunidades y visión IK4-LORTEK

Ordizia, 27 de Noviembre de 2013

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