Lección 8.7Dar formaCapítulo 8 · Fabricación aditiva

Deposición por energía dirigida (DED/LMD)

Un láser funde un baño sobre la pieza; el polvo soplado aporta metal (deposición por energía dirigida)

La deposición por energía dirigida (DED) añade metal fundiéndolo justo donde cae, como una antorcha de soldadura que construye en vez de unir. En la deposición de metal por láser (LMD), su forma más habitual, un láser funde un baño diminuto y el polvo soplado se convierte en metal nuevo. Es el método preferido para reparar piezas desgastadas caras y añadir detalles a piezas existentes.

Foto: Lucie Prokešová, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons

deposición de metal por láser · sección del cabezal y una reparación, 5 pasosArriba: un corte del cabezal mientras avanza hacia la derecha. Abajo: un trabajo de reparación típico. Los números en círculo corresponden a los pasos de abajo.

Cómo funciona

Funde un pequeño baño. Un haz láser enfocado, normalmente de cientos de vatios a unos pocos kilovatios, funde un punto de la pieza. Este baño de fusión (un charquito de metal líquido) tiene unos pocos milímetros de ancho.
Sopla el polvo. Unas toberas alrededor del haz soplan polvo metálico fino hacia el baño. El argón (un gas inerte) transporta el polvo y protege el metal caliente del aire.
Deja que el cordón se solidifique. El polvo se funde en el baño. Cuando el cabezal avanza, el metal que queda detrás se enfría en una fracción de segundo en un cordón (una pista elevada de metal nuevo).
Recorre la capa y luego sube. Un robot o una máquina de 5 ejes (una que también puede inclinar y girar la pieza) guía el cabezal por la trayectoria de cada capa. Luego sube una capa y repite.
Mecaniza a medida. La superficie sale ondulada y algo sobredimensionada, así que la pieza se fresa o se rectifica hasta su forma final. En una reparación, esto restaura el contorno original.

Datos clave

Materiales: Metales soldables: aleaciones de titanio, superaleaciones de níquel (aleaciones resistentes al calor para motores a reacción), aceros inoxidables y para herramientas, aleaciones de cobalto y de cobre. Mezclar dos polvos permite pasar gradualmente de un metal a otro
Piezas típicas: Álabes de turbina, ejes y moldes reparados; recubrimientos resistentes al desgaste; detalles añadidos a piezas existentes; piezas en bruto de forma casi final (cercanas a la forma final, que solo necesitan un mecanizado ligero)
Tamaño de pieza: Desde unos pocos milímetros de reparación hasta piezas de más de 1 m, limitado por el alcance del robot o de la máquina
Precisión: Unos ±0,5 mm tal como se deposita; el mecanizado final lo lleva a unos ±0,05 mm
Acabado superficial: Rugosa y ondulada tal como se deposita; lisa solo tras el mecanizado
Tamaño de lote adecuado: Piezas únicas, reparaciones y lotes pequeños
Coste de utillaje y máquina: Sin utillaje. Los sistemas láser industriales suelen costar de varios cientos de miles a más de un millón de dólares
Velocidad: Normalmente unos 0,1–2 kg de metal por hora: más rápida que la fusión de lecho de polvo, más lenta que el WAAM

Ventajas y límites

Ventajas

Añade metal a piezas existentes, así que se pueden reparar piezas desgastadas
Construye piezas grandes sin lecho de polvo
Puede cambiar o mezclar metales dentro de una misma pieza
Un cabezal inclinable de 5 ejes construye muchos voladizos sin soportes

Límites

Superficies rugosas: casi todas las piezas necesitan mecanizado después
Detalle más grueso que la fusión de lecho de polvo: sin retículas finas ni agujeros diminutos
El calor causa tensiones y deformaciones que hay que controlar
Láseres caros, y el polvo metálico fino es un riesgo de incendio y para la respiración

Dónde se usa

AeroespacialReparación de puntas de álabes de turbina y blisks (discos con álabes de una pieza); preformas de titanio
Generación de energíaRestauración de piezas desgastadas de turbinas y bombas
Petróleo y gasRevestimientos resistentes al desgaste y a la corrosión en herramientas de perforación y válvulas
UtillajeReparación y modificación de moldes y matrices en lugar de sustituirlos
Industria pesadaReconstrucción de ejes, rodillos y engranajes desgastados

Cómo reconocerlo

Ondulaciones finas y paralelas en la superficie, una por cada cordón depositado en una pasada del cabezal.
Una línea límite donde el metal nuevo se une a la pieza original, visible en un corte o en una superficie pulida.
Caras mecanizadas justo al lado de otras rugosas y onduladas en la misma pieza.
Paredes gruesas con bordes redondeados en forma de cordón en lugar de esquinas vivas.

Compáralo con

Fusión de lecho de polvo por láser8.4también funde polvo metálico con un láser, pero en una capa fina extendida: detalle más fino, piezas más pequeñas, sin reparaciones.WAAM8.8la misma idea de construir con un arco de soldadura y alambre: más barata y rápida, pero más basta.Soldadura por arco7.1La DED es básicamente soldadura automatizada, que apila cordones hasta formar una pieza en vez de rellenar una unión.

Míralo

3Dnatives · Un recorrido de dos minutos para principiantes por la DED, sus materiales y sus usos

AM Media | The Cool Parts Show · Un experto compara la alimentación de polvo y de hilo y explica por qué los cabezales de 5 ejes no necesitan soportes

AM Media | The Cool Parts Show · Trabajo de reparación real: metal nuevo depositado en puntas de álabes desgastadas

Vision Miner · La versión con alimentación de hilo de la deposición por láser en acción

Ver fotos reales

Wikipedia: Deposición por energía dirigida — cómo funcionan las versiones con polvo y con hilo; pocas fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La DED funde el metal exactamente donde se añade, usando una fuente de calor enfocada y polvo o hilo.
Destaca en reparar y añadir material a piezas existentes, y en construir formas grandes y toscas.
Prevé el mecanizado: las piezas salen de la máquina onduladas y algo sobredimensionadas.