3D printing conditions determination for feedstock used in fused filament fabrication (FFF) of 17-4PH stainless steel parts

Determinación de las condiciones de impresión 3D para la materia prima utilizada en la fabricación con filamento fundido (FFF) de piezas de acero inoxidable 17-4PH

La fabricación de filamento fundido combinada con el desbobinado y la sinterización podría ser un proceso económico para la impresión 3D de piezas metálicas. En este estudio se presentan la composición, la fabricación de filamentos y el procesamiento FFF de un material de partida que contiene un 55 % vol. de polvo de acero inoxidable 17-4PH y un sistema aglutinante multicomponente. Para el proceso FFF, se determinaron las ventanas de procesamiento de los parámetros más significativos, como el rango de temperaturas de extrusión (210 a 260 °C), los multiplicadores de caudal (150 a 200 %) y los multiplicadores de velocidad de impresión 3D (60 a 100 %) para una temperatura constante del lecho de impresión de 60 °C.

INTRODUCCIÓN

La fabricación aditiva (AM) comprende un grupo de tecnologías utilizadas para construir piezas físicas añadiendo material capa a capa a partir de un archivo de diseño asistido por ordenador (CAD), a diferencia de los métodos de fabricación sustractivos, como el mecanizado [1]. La AM también se conoce como impresión 3D, fabricación sólida de forma libre (SFF) y prototipado rápido (RP) [2]. En las últimas tres décadas, se han desarrollado muchas tecnologías de AM para la producción de piezas poliméricas, metálicas o cerámicas [3].

Una de las tecnologías de AM más utilizadas para la producción de piezas metálicas es el sinterizado selectivo por láser (SLS). Su mayor desventaja es la dependencia de láseres de alta potencia, que pueden ser muy costosos. Por ello, la fabricación con filamento fundido (FFF) ha demostrado tener un gran potencial como alternativa rentable [4]. En la FFF, el material de construcción se suministra en forma de filamentos de polímero en bobina a una unidad de calentamiento con una boquilla que utiliza ruedas motrices contrarrotantes. La unidad de calentamiento se controla para que se mueva en el plano X-Y y, a medida que se mueve, el material se extruye a través de la boquilla en una plataforma que se mueve en la dirección Z [3].

La FFF se desarrolló por primera vez para trabajar con filamentos poliméricos. Para la fabricación de piezas metálicas, se pueden utilizar filamentos hechos de un polímero altamente relleno de partículas metálicas. Tras dar forma al filamento en lo que se denomina pieza verde, se retira el sistema aglutinante de la pieza y se sinteriza para obtener una pieza metálica final.

Este artículo describe un proceso para componer una nueva formulación de materia prima consistente en un sistema aglutinante patentado y polvo de acero inoxidable 17-4PH, el proceso de fabricación del filamento y la determinación de las ventanas de procesamiento de impresión 3D para los parámetros más significativos relacionados con la FFF.