Diferencias en la fabricación antes y después de LIBERTAS
Un software para asignar parámetros láser dinámicos en función de la geometría
La fabricación aditiva metálica mediante el proceso de fusión láser en cama de polvo (LPBF) ha alcanzado un grado de madurez que le permite crear componentes de geometría cada vez más compleja en sectores tan exigentes como el aeroespacial, el dental o el energético. Sin embargo, uno de los cuellos de botella históricos del proceso sigue siendo la dependencia de las estructuras de soporte: pilares temporales que sostienen voladizos, disipan calor y previenen distorsiones, pero que al mismo tiempo incrementan el consumo de material, alargan los tiempos de fabricación y añaden costosas operaciones de postproceso.
Para solucionar este problema, Renishaw, empresa especializada en sistemas de fabricación inteligente, metrología y fabricación aditiva, ha desarrollado LIBERTAS, un software capaz de asignar parámetros láser dinámicos en función de la geometría de cada capa.
Geometría capa a capa y potencia dinámica
En un proceso LPBF convencional, los parámetros de exposición (potencia del láser, velocidad de escaneo y distancia entre vectores) se mantienen constantes a lo largo de toda la pieza. LIBERTAS rompe con esta lógica. Su algoritmo analiza la geometría del componente capa a capa y determina qué volumen de material sólido existe bajo cada región. En zonas con escaso material subyacente, como superficies downskin (voladizos o ángulos pronunciados), la capacidad de disipar el calor de a fusion (melt pool) es limitada, por lo que, si se aplica la misma potencia que en una zona maciza, se genera sobrecalentamiento, rugosidad superficial elevada y, en el peor de los casos, inestabilidad del proceso.
"El software realiza un análisis geométrico de la pieza y asigna una potencia láser variable en función de la cantidad de material presente bajo cada región", explica Alex García Olcoz, ingeniero de aplicaciones de fabricación aditiva metálica en Renishaw. "Las zonas con bajo volumen de material subyacente presentan una menor capacidad de disipación térmica, por lo que requieren la aplicación de niveles de potencia reducidos para garantizar la estabilidad del proceso y la calidad superficial", agrega García.
Como resultado, se obtienen superficies downskin más lisas y se reduce de forma drástica, o se elimina en muchos casos, la necesidad de estructuras de soporte. Según la compañía, el ángulo crítico a partir del cual se requieren soportes, unos 45° respecto a la horizontal, puede rebajarse hasta los 5° en determinadas configuraciones, lo que amplía el abanico de geometrías fabricables sin estructuras auxiliares.
Un mismo algoritmo, múltiples materiales
Un aspecto relevante desde el punto de vista de la ingeniería de proceso es que el algoritmo de LIBERTAS es común para todos los materiales, es decir, los principios de análisis geométrico y modulación de potencia son los mismos independiente de la aleación. No obstante, cada material dispone de un conjunto paramétrico propio, ajustado en función de sus propiedades térmicas y capacidad de absorción. "Los parámetros de proceso se ajustan en función de las propiedades térmicas y de absorción de cada aleación, de modo que cada material dispone de un conjunto paramétrico propio que garantiza la estabilidad del proceso y la calidad final de las piezas", señala García.
Si bien la tecnología es transversal a cualquier sector industrial, el ámbito dental muestra con especial claridad su potencial. En la fabricación de prótesis craneomaxilofaciales (CMF) en Ti6Al4V ELI, LIBERTAS permite completar la fabricación en 2 horas y 45 minutos, para una una reducción del 75% en el tiempo de fabricación y del 53% en el uso de soportes respecto al proceso convencional. En la producción de lotes de 20 esqueléticos en CrCo, el tiempo se sitúa en 1 hora y 59 minutos, con una reducción del 60% en soportes y del 44% en el tiempo de postproceso. Estos datos son importantes en un contexto donde la carga de trabajo asociada al postproceso de piezas dentales es particularmente elevada.
Sin embargo, el valor diferencial de LIBERTAS no está en las piezas diseñadas desde cero para fabricación aditiva (DfAM), sino en aquellas que requieren una modificación compleja de su diseño o largos procesos de validación y certificación. En aquellos sectores donde la modificación del diseño resulta compleja, como el aeroespacial, LIBERTAS ofrece una solución eficaz al permitir la fabricación de geometrías convencionales con una reducción sustancial del volumen de soportes, sin alterar el diseño original ni comprometer la integridad del componente.
En conclusión, el software LIBERTAS redefine las reglas de diseño de la fabricación aditiva metálica al posibilitar la producción de voladizos extremos y de geometrías de alta complejidad sin soportes, ampliando los límites de lo que es geométricamente viable dentro del proceso LPBF y abriendo la puerta a configuraciones que hasta ahora se descartaban por motivos de manufactura.
Fuente: Renishaw
