Direct Energy Deposition (DED): todo lo que hay que saber

Fuente: 3dnatives.com

La deposición directa de energía o Direct Energy Deposition (DED) es un proceso de impresión 3D utilizado habitualmente para reparar o añadir material adicional a componentes existentes. Aunque es posible fabricar piezas desde cero utilizando esta tecnología, se emplea a menudo para aplicaciones industriales tales como la reparación de álabes de turbinas o hélices dañadas.

De manera similar a lo que ocurre en algunas tecnologías de fusión en lecho de polvo (PBF) (como LPBF o EBM), la deposición directa emplea una fuente de energía concentrada como un rayo láser o un haz de electrones para fundir el material. Sin embargo, el material se funde al mismo tiempo que es depositado por la boquilla. En cierto modo, esta tecnología se encuentra en el límite entre la extrusión de material y la fusión en lecho de polvo.

Cabe destacar que a menudo se hace referencia a esta tecnología con otros nombres como Laser Engineered Net Shaping (LENS), Direct Metal Deposition (DMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM), etc., dependiendo de la aplicación o el método específico.

¿Cómo funciona la tecnología Direct Energy Deposition?

Como ocurre con cualquier técnica de impresión 3D, el diseño de una pieza comienza con la creación del modelo 3D utilizando un software CAD. A continuación, la pieza es segmentada por un software de laminado (slicer) en una multitud de capas, que representan los diversos estratos de material necesarios para formar la pieza.

La técnica funciona depositando material sobre una base o sobre un componente que se está reparando a través de una boquilla montada en un brazo multiaxial (normalmente de 4 o 5 ejes). El material metálico con el que se alimenta la boquilla se suministra en polvo o en forma de hilo. Mientras se deposita, una fuente de calor funde el material utilizando un láser, un haz de electrones o un arco de plasma. Este procedimiento se lleva a cabo repetidamente hasta que las capas se solidifican y el objeto está completo.

En el caso de los sistemas de haz de electrones, el proceso debe realizarse al vacío para evitar que los electrones interactúen o sean desviados por las moléculas de aire. Los sistemas láser requieren una cámara totalmente inerte si se trabaja con metales reactivos, para lo cual se requiere una cantidad considerable de gas y tiempo para alcanzar los niveles de oxígeno deseados. Alternativamente, es posible utilizar una cobertura de gas protector, suficiente para proteger de la contaminación el metal depositado.

Materiales y aplicaciones

Este proceso se utiliza típicamente con metales, en forma de polvo o de hilo. Sin embargo, también es posible utilizar la DED con polímeros y cerámicas. Por ejemplo, AREVO emplea para la DED un filamento de fibra de carbono para fabricar piezas compuestas ligeras destinadas al consumidor final. El filamento termoplástico es fundido por una fuente de calor y compactado por un rodillo para crear las capas del objeto.

En cuanto a los metales, casi cualquier metal soldable puede imprimirse en 3D con DED. Esto incluye titanio y aleaciones de titanio, inconel, tántalo, tungsteno, niobio, acero inoxidable, aluminio, etc. El hilo utilizado suele tener un diámetro de 1-3 mm y el tamaño de las partículas de polvo es similar al empleado en los procesos de metalurgia de polvos, entre 50 y 150 micras.

Como se ha indicado anteriormente, una de las aplicaciones únicas de esta tecnología es la posibilidad de reparar piezas metálicas que han sufrido daños. Según ASTM International: “La DED tiene la capacidad de producir piezas relativamente grandes (volumen de impresión > 1000 mm³) que requieren un mecanizado mínimo y un post-procesado relativamente pequeño. Además, los procesos de DED pueden utilizarse para producir componentes con gradientes de concentración o estructuras híbridas compuestas por diversos materiales caracterizados por diferentes composiciones y estructuras”.

Los principales actores en el mercado

Hoy en día existen en el mercado diversos fabricantes de impresoras 3D DED. BeAm es uno de los principales actores del sector. Ofrece tres soluciones: la Magic 80 y las Modulo 250 y 450. Todas emplean el láser como fuente de calor. Entre los otros fabricantes que crean máquinas DED láser se encuentran Trumpf, Optomec, FormAlloy, DMG Mori, InssTek, Relativity y otros.

En lo que respecta a los sistemas DED de haz de electrones, EBAM es una tecnología comercializada por Sciaky Inc; ofrece 5 máquinas diferentes y también la posibilidad de crear su propio sistema personalizado. Otro fabricante es Evobeam GmbH. Por último, entre los fabricantes de impresoras 3D DED por arco de plasma se encuentran Norsk Titanium, WAAM, GEFERTEC, Prodways y Lincoln Electric.