¡Hola! Si alguna vez ha incursionado en la impresión 3D de metal, la pulverización térmica o la fabricación de piezas avanzadas, probablemente haya oído hablar mucho del término "polvo de aleación". Pero esto es lo que hace tropezar a mucha gente, especialmente a la gente nueva que acaba de entrar en el juego: lo que realmentees¿El tamaño de partícula del polvo de aleación? Lo entiendo, no es la parte más glamorosa del proceso, pero créame, es decisivo en el resultado final de su producto. Como alguien que ha estado en el juego de los polvos de aleación durante más de una década, he respondido esta pregunta cientos de veces, así que analicémosla como lo haría con un nuevo cliente que entra a mi oficina.
En primer lugar, no lo compliquemos demasiado. El tamaño de las partículas de polvo de aleación es solo una medida de qué tan grandes (o pequeñas) son las pequeñas partículas de metal en su lote, así de simple. Pero no es una cifra única. Es un rango, ¿verdad? Por ejemplo, no tienes cada partícula exactamente de 20 micrones; tienes una distribución, y esa distribución es lo que más importa. Por contexto, una micra es una millonésima de metro, por lo que un grano de arena suele tener 90 micras o más, mientras que un cabello humano tiene aproximadamente 50 micras de espesor. ¿Entendiste eso? Entonces, cuando hablamos de tamaños de polvo, estamos en ese mundo diminuto.
Permítanme poner esto en términos reales, ya que vendo diferentes tipos de polvo de aleación para todo tipo de trabajos. Tomemos como ejemplo el polvo de aleación de titanio: si lo usa para la impresión 3D por fusión de lecho de polvo (ese es el tipo elegante en el que se derriten capas de polvo para hacer una pieza), querrá un rango de tamaño de 15 a 45 micrones. Si es demasiado grande, la impresora no podrá aplicar una capa lo suficientemente delgada, por lo que la pieza podría tener espacios o estar débil. Si es demasiado pequeño, el polvo se vuelve grumoso y difícil de fluir; además, puede causar problemas de polvo, que debemos manejar con mucho cuidado con el titanio porque es reactivo. Debo tener en cuenta que diferentes aplicaciones necesitan diferentes rangos, así que siempre verifique las especificaciones de su proceso. Y bueno, si necesita más detalles, consulte nuestra página de Polvo de aleación de titanio para conocer los rangos exactos que ofrecemos para diferentes casos de uso.
Espera, hablemos de por qué el tamaño importa más allá de simplemente "fluir" o "imprimir". Supongamos que está utilizando polvo de ferroaleación para recubrir piezas y hacerlas resistentes a la oxidación o súper duras. Si las partículas son demasiado gruesas, el recubrimiento será desigual: aparecerán puntos gruesos y puntos finos, y los finos se desgastarán rápidamente. Pero si son demasiado finos, es posible que el polvo no “salpique” justo cuando se rocía, por lo que se obtiene una capa áspera y porosa que no protege bien. Para el polvo de ferroaleación, normalmente trabajamos con un rango de 45 a 150 micrones para aplicaciones de pulverización térmica, y eso se prueba una y otra vez para garantizar que funcione. Es por eso que no solo vendemos polvos aleatorios: fijamos la distribución del tamaño porque afecta directamente el resultado final.
Otro importante: el polvo de cobalto y carburo de tungsteno. Ese material se utiliza para cortar herramientas, brocas y piezas que necesitan recibir golpes. El tamaño de partícula aquí escríticopor dureza y tenacidad. Si tiene partículas de carburo de tungsteno más finas (como de 1 a 10 micrones), obtendrá una herramienta más dura que puede sostener un borde por más tiempo, pero es un poco más frágil. Si utiliza partículas más gruesas (de 10 a 30 micrones), la herramienta es más resistente pero se desgasta más rápido. Entonces, nuestra combinación aquí se trata de equilibrar eso, dependiendo de lo que el cliente necesita. Hemos tenido clientes que vinieron a nosotros con un lote defectuoso antes porque usaron polvo del tamaño incorrecto para sus cuchillas de corte y simplemente no funcionó. No cometa ese error: el tamaño lo es todo aquí.
Cambiemos de tema a algo un poco más familiar: polvo de bronce de aluminio. Esa es la aleación de color dorado que se usa a menudo para piezas decorativas, cojinetes y componentes de válvulas. Para piezas que necesitan un acabado suave, como las piezas decorativas, elegimos un tamaño de partícula más pequeño (como de 10 a 50 micrones) porque se deposita uniformemente y brinda una apariencia agradable y uniforme. Sin embargo, para los rodamientos, podríamos usar un rango ligeramente más grueso (50 a 100 micrones) porque las partículas un poco más grandes ayudan con la lubricidad cuando el rodamiento está en movimiento. Un cliente hizo joyas de metal personalizadas con nuestro polvo de bronce de aluminio y juraron por el tamaño fino porque hacía que sus piezas fundidas parecieran bronce real, sin bordes ásperos. Ese es el tipo de detalle que el tamaño aporta.
Y el polvo de aleación de níquel es un caballo de batalla para aplicaciones de alta temperatura, como piezas de motores a reacción u hornos industriales. Esas piezas tienen que soportar un calor increíble, por lo que el polvo debe derretirse de manera uniforme y adherirse fuerte. Si el tamaño de las partículas es demasiado desigual, algunas se derretirán antes que otras, provocando puntos débiles o inconsistencias en la pieza final. Para el polvo de aleación de níquel utilizado en la fusión de lechos de polvo por láser, nos atenemos a un tamaño de 15 a 53 micras, y para los recubrimientos por pulverización térmica para componentes de alta temperatura, utilizamos un poco más grueso (45 a 150 micras). Hemos probado este material en hornos que funcionan a 1000 °C y el polvo del tamaño correcto no se agrieta ni se descascarilla; el tamaño incorrecto falla rápidamente. Ese es el tipo de confiabilidad con el que cuentan nuestros clientes, y comienza con elegir el tamaño correcto.
Ahora bien, ¿cómo medimos realmente este tamaño? Obviamente no es como usar una regla. Usamos algo llamado difracción láser: se dispara un láser a través de una muestra de polvo y la forma en que se dispersa la luz nos dice qué tan grandes son las partículas. Es rápido y preciso, razón por la cual todos los buenos proveedores de polvo lo utilizan. También tamizamos el polvo a través de diferentes tamaños de malla para separar las partículas en rangos específicos; por ejemplo, si desea solo entre 15 y 45 micrones, tamizamos cualquier cosa menor que 15 y mayor que 45. A veces hacemos difracción láser y análisis de tamiz para verificar, porque no quiere sorpresas cuando el polvo llegue a su taller.
Aquí hay una pregunta común que recibo: ¿"más fino" significa "mejor"? Respuesta corta: no. Si está utilizando polvo para una pieza que debe ser resistente, podría ser mejor que sea más grueso. Si necesita un acabado suave o tolerancias ajustadas, lo más fino es el camino a seguir. Todo depende de su proceso y de lo que va a hacer la pieza. Una vez tuve un cliente que pidió polvo de titanio súper fino porque pensó que haría una pieza impresa en 3D más fuerte, pero terminó causando problemas de flujo en su impresora y produjo piezas con más porosidad. Lo ajustamos a un rango de 20 a 63 micrones y sus piezas fueron mucho mejores. Es por eso que hablar de tamaño no se trata sólo de números: se trata de hacer coincidir esos números con sus necesidades específicas.
Otra cosa a tener en cuenta: la forma de las partículas también puede estar relacionada con el tamaño, pero esa es otra conversación. Las partículas redondas fluyen mejor, razón por la cual se atomiza una gran cantidad de polvo (se rocía en pequeñas gotas que se solidifican formando esferas). Las partículas irregulares pueden tener una distribución de tamaño diferente, pero funcionan para determinadas aplicaciones, como el moldeo por inyección de metal. Pero incluso con la forma, el tamaño sigue siendo la base de todo. Puedes tener polvo redondo del tamaño incorrecto y aun así no funcionará bien.
Entonces, si está buscando polvo de aleación, no se limite a pedir “polvo de aleación”, pregunte sobre el rango de tamaño de partículas. Ya sea que necesite titanio para impresión 3D, ferroaleación para recubrimientos, carburo de tungsteno y cobalto para herramientas de corte, bronce de aluminio para piezas decorativas o aleación de níquel para trabajos de alta temperatura, el tamaño será el éxito o el fracaso de su proyecto. Por cierto, también tenemos rangos personalizados; si necesita algo que no esté disponible en el mercado, podemos trabajar con usted para seleccionar el tamaño exacto que necesita.
Al final del día, he estado haciendo esto el tiempo suficiente para saber que la gente sólo quiere polvo con el que puedan contar. No quieren lidiar con piezas que fallan porque el polvo era del tamaño incorrecto, o tener que reelaborar un lote completo porque eligieron el rango equivocado. Es por eso que aquí nos preocupamos por la transparencia: le decimos exactamente qué tamaño está obteniendo, cómo se mide y por qué ese rango funciona para su aplicación. Si está cansado de tratar con proveedores que solo venden "polvo" sin detalles, comuníquese con nosotros. Estaremos encantados de analizar su proyecto, responder a todas sus preguntas sobre el tamaño de las partículas y ofrecerle el polvo de aleación adecuado para su trabajo. No permita que un pequeño detalle, como el tamaño de una partícula, arruine su próximo gran proyecto; contáctenos y nos aseguraremos de que tenga exactamente lo que necesita.
Referencias:
- ASTM B821-21, Método de prueba estándar para la distribución del tamaño de partículas de polvos metálicos y compuestos relacionados mediante difracción láser
- Powell, GL y Edington, JW (1980). El efecto del tamaño de las partículas de polvo sobre las propiedades de las aleaciones sinterizadas. Revista de ciencia de materiales, 15(10), 2570-2578.
- Sociedad de pulverización térmica. (2020). Manual de tecnología de pulverización térmica (2ª ed.). ASM Internacional.
- Kruth, JP, Levy, G., Klocke, F. y Childs, THC (2007). Fenómenos de consolidación en la fabricación por capas basada en láser y en lecho de polvo. Anales CIRP - Tecnología de fabricación, 56(2), 730-759.