DMLS frente a EBM: diferencias y comparación

La impresión 3D incluye una variedad de tecnologías y tipos de materiales diferentes para producir una pieza impresa en 3D. Con varios métodos de impresión se utilizan materiales en polvo en lugar de filamento. El sinterizado directo de metal por láser (DMLS) es una de las tecnologías más populares en comparación con la fusión por haz de electrones (EBM),

pero existen varias similitudes. Las diferencias radican en el proceso de fusión del polvo. 

El DMLS utiliza un láser de fibra de alta potencia para fundir polvo metálico, capa a capa, para construir objetos 3D. Los EBM utilizan un haz de partículas de electrones denominado fusión por haz de electrones (EBM) para fundir el polvo y producir piezas. Un cañón de electrones genera el haz de electrones dirigido a través del lecho de polvo a gran velocidad. El calor del haz de electrones funde el polvo, formando una capa sólida.

Otras tecnologías de impresión 3D que utilizan material en polvo para producir piezas son las siguientes:

• Sinterización selectiva por láser (SLS)
• Fusión selectiva por láser (SLM)
• Chorro de aglutinante
• Fusión por chorro múltiple (MJF)
• Impresión 3D PolyJet

El sinterizado directo de metal por láser (DMLS) es una tecnología de impresión 3D que utiliza un lecho de polvo y un láser para fabricar productos metálicos, incluyendo la creación rápida de prototipos y la producción en serie. Estas piezas se fabrican a partir de un dibujo tridimensional de diseño asistido por ordenador (CAD) convertido para imprimir cada capa del producto. Limitado a polvos de aleaciones metálicas y derivados metálicos, el DMLS sinteriza los polvos (no los funde) con un láser de fibra para crear cada capa del producto. La sinterización calienta las partículas de polvo en un estado de excitación para soldarlas entre sí. Las piezas son más porosas debido a la sinterización, lo que permite incluso combinar plásticos con metales.

La cámara de construcción del DMLS tiene un gas inerte para evitar la oxidación mientras se imprime el producto. Una impresora EBM evita la oxidación con una cámara de vacío. Es necesario añadir soportes para restringir la distorsión del producto. Las diversas aplicaciones del DMLS incluyen la industria aeroespacial, médica, dental, joyería, bisutería y prototipos.

Características de la impresión 3D DMLS:

• Impresión directa de materiales e impresión de polvos mezclados
• Amplia selección de materiales
• Buen acabado superficial
• El polvo metálico no sinterizado puede reutilizarse
• Piezas razonablemente resistentes
• Problemas de porosidad
• Pequeños volúmenes de fabricación
• Equipo caro

Las ventajas del DMLS frente a la electroerosión son las siguientes:

• Impresión de alta resolución
• Mayor selección de materiales

Las desventajas del DMLS frente al EBM son las siguientes:

Las piezas DMLS tienen porosidad, que puede controlarse pero no eliminarse
El DMLS no puede imprimir materiales o diseños de productos con puntos de fusión elevados
Las piezas DMLS incurren en tensiones internas, mientras que la EBM alivia las tensiones con su entorno de temperatura más elevada

La fusión por haz de electrones (EBM) es un proceso de impresión 3D de fabricación aditiva que utiliza la fusión de lecho de polvo para imprimir productos. El metal en polvo se funde mediante un haz de electrones de alta energía que produce un flujo de electrones. Un campo magnético guía el chorro de electrones para desarrollar las piezas en un proceso capa a capa a partir del dibujo tridimensional del producto. El proceso EBM está contenido en una cámara de vacío para proteger el proceso de la oxidación de los materiales metálicos propensos. La cámara de fabricación puede calentarse a 1.000 °C o más.

La diferencia con el DMLS es que el EBM utiliza un potente haz de electrones para fundir el material, mientras que el DMLS utiliza un láser. El haz de electrones dispersa más energía que el láser y puede moverse a mayor velocidad. El haz puede dividirse y fundir varias zonas simultáneamente. De este modo, el haz puede precalentar cada capa antes de fundirla y producir un producto final más resistente y de mayor densidad. Aunque se están desarrollando nuevos materiales para la EBM, la singularidad de este proceso hace que la selección de materiales para EBM se limite a materiales conductores y aleaciones. Además, como las piezas EBM son más resistentes, se necesitan menos soportes durante la impresión.

Los materiales disponibles comercialmente para su uso en EBM incluyen

• Cromo-cobalto
• Cobre
• Aleación de níquel
• Acero inoxidable 
• Tantalio y aleación de titanio y tantalio
• Acero para herramientas
• Titanio y aleaciones de titanio

Los productos EBM tienen propiedades mecánicas superiores, lo que los hace ideales para las industrias aeroespacial, automovilística, de defensa, médica y petroquímica. Además, el proceso tiene un alto grado de sostenibilidad, ya que entre el 95% y el 98% del polvo no utilizado se recicla.

Características de la impresión 3D EBM:

• Piezas de alta densidad
• Requiere pocos soportes
• Excelentes propiedades mecánicas
• Rara vez se requiere tratamiento térmico
• Hasta un 98% de reciclaje del polvo no utilizado
• Procesamiento de piezas típicamente rápido
• Selección limitada de materiales (sólo materiales conductores y aleaciones)
• Máquinas y materiales caros
• Requiere postprocesado para anular el mal acabado superficial
• Amplio periodo de enfriamiento posterior a la impresión
• Limitado a piezas más pequeñas

Las ventajas de la EBM en comparación con el DMLS son las siguientes:

• El EBM es más rápido al extender su potente haz a múltiples lugares y precalentar cada capa
• La EBM puede procesar temperaturas de fusión muy elevadas.

Las desventajas de la EBM frente al DMLS son las siguientes:

• La EBM sólo puede imprimir metales conductores
• La EBM debe imprimir en una cámara de vacío
• Selección limitada de materiales
• Equipo más caro

La alternativa al DMLS y la EBM es la fusión selectiva por láser (SLM), una tecnología de fabricación aditiva similar que utiliza un láser para fundir el polvo metálico. También funde el polvo capa por capa para producir piezas en 3D. La SLM 3D se utiliza a menudo para aplicaciones médicas, aeroespaciales y de automoción. La SLM también imprime en un entorno de gas inerte.

Otras tecnologías comparables al DMLS son el Binder Metal Jetting (BMJ). La tecnología BMJ utiliza un aglutinante para unir las partículas de polvo metálico de cada capa. BMJ no requiere soportes como DMLS; imprime rápido y produce un excelente acabado superficial. Los productos BMJ requieren un tratamiento posterior.

Entre las tecnologías similares a EBM (además de DMLS) se incluye la deposición de energía dirigida (DED). DED alimenta un alambre de metal a través de una boquilla de impresión calentada para imprimir. El producto final tiene excelentes características mecánicas, similares a los productos EBM.

En resumen, tanto el DMLS como la EDM son tecnologías de impresión 3D de metal por fusión en lecho de polvo que utilizan una fuente de calor para fundir un polvo metálico. Ambas requieren una cámara de vacío y refrigeración tras la impresión. EBM (Electron Beam Melting) produce piezas muy densas pero tiene un acabado superficial deficiente. El DMLS también produce piezas muy densas, pero tiene un mejor acabado superficial.