Titanio o aluminio: metales populares para el mecanizado y la impresión 3D
Al pensar en las características estrella que debe tener un material para fabricar piezas, la resistencia y la ligereza suelen ser las primeras. El aluminio y el titanio son así por naturaleza. Y ambos materiales cumplen también otros criterios importantes, como una resistencia a la corrosión y una tolerancia al calor excelentes. Tanto en impresión 3D como en mecanizado CNC, estos dos metales han demostrado su increíble versatilidad para fabricar piezas en muy diversos sectores.
El aluminio y el titanio son ligeros, pero por motivos diferentes. El reducido peso específico del aluminio (2,7 g/cm3) hace que sea considerablemente más ligero que otros metales como el acero, que pesa unas tres veces más. Aunque el peso específico del titanio es aproximadamente un 66 % mayor que el del aluminio, su resistencia inherente hace que se utilice menos cantidad. De hecho, se necesita mucho menos titanio para conseguir la misma resistencia física del aluminio. El titanio se emplea en los motores de los aviones a reacción y en las naves espaciales. Su resistencia y ligereza permiten reducir los costes de combustible.
Propiedades de los materiales de aluminio y titanio
En esta tabla, se proporciona una descripción técnica de los tipos de aluminio y titanio que ofrecemos para DMLS y mecanizado.
| Material | Proceso | Resistencia a la tracción | Alargamiento | Dureza |
|---|---|---|---|---|
Titanio (Ti 6Al-4V) |
DMLS | 172 ksi (1186 MPa) |
10% | 40 HRB |
Aluminio (AlSi10Mg) |
DMLS | 35 ksi (241 MPa) |
10% | 45 HRB |
Aluminio 6061-T651 |
CNC | 40 ksi (276 MPa) |
17% | 95 HBW 10/500 |
Aluminio 7075-T651 |
CNC | 83 ksi (572 MPa) |
11% | 85 HBW 10/500 |
Titanio (Grade 5 Ti 6Al-4V) |
CNC | 138 ksi (951 MPa) |
14% | 35 HRC |
La gran diferencia entre las dos opciones de aluminio para mecanizado reside en la cantidad de cobre que lleva la aleación. En una comparación directa, si necesitas un material con una resistencia impresionante que tolere un entorno de alta fricción, el 7075 es la opción más adecuada. El 6082 se comporta mejor en aplicaciones de soldadura, es más fácil de mecanizar y cuesta menos. En resumen, para mecanizar aluminio, si el peso reducido, la alta tolerancia al calor y la elevada resistencia son esenciales, elige el 7075.
Aluminio o Titanio
Dado que ambos materiales ofrecen alta resistencia y bajo peso, es importante fijarse en otros factores al decidir qué aleación usar para las piezas.
- Relación resistencia-peso: en las situaciones críticas, cuando cada gramo cuenta pero necesitas piezas resistentes, el titanio es la opción ideal. Por eso precisamente se usa con éxito en componentes médicos, piezas complejas para satélites, fijaciones o abrazaderas.
- Coste: el aluminio es el metal más asequible tanto para mecanizado como para impresión 3D. Aunque el titanio eleva el coste, también puede aumentar el valor. El uso de piezas más ligeras puede traducirse en un ahorro de combustible en las aplicaciones de transporte. Además, las piezas de titanio duran más.
- Propiedades térmicas: las propiedades del aluminio se aprovechan muy bien en las aplicaciones que requieren una conductividad térmica elevada, como los disipadores de calor. Para las aplicaciones en entornos de alta temperatura, el elevado punto de fusión del titanio es idóneo en aquellos casos en que la resistencia térmica es prioritaria, como en los componentes de motores para el sector aeroespacial.
- Resistencia a la corrosión: tanto el aluminio como el titanio ofrecen una excelente resistencia a la corrosión.
La resistencia a la corrosión y ausencia de reactividad del titanio lo convierten en el metal más biocompatible. Por ello, es perfecto para aplicaciones médicas, como el instrumental quirúrgico. Además, el Ti 6-4 se comporta muy bien en entornos salinos y suele utilizarse en aplicaciones marinas.
Aplicaciones del aluminio
El aluminio está prácticamente en todas partes. Es el metal más común del planeta. La fina capa de óxido de aluminio que se forma en su superficie cuando está expuesto al aire hace que no sufra corrosión. Gracias a su peso ligero, las piezas no ejercen efecto ancla. Aunque, en general, el aluminio no reacciona a los ácidos, sí se corroe en entornos alcalinos (básicos).
En general, el aluminio se utiliza con frecuencia en aviones y en construcción; por ejemplo, en las estructuras que no soportan carga. Más concretamente, el 6082 es el material de elección para bastidores de bicicletas y de vehículos de motor, bombonas de oxígeno para submarinismo, carretes de pesca o embarcaciones pequeñas. Al ser más resistente, el 7075 es ideal para moldes para plásticos y herramientas, así como para bastidores de aviones. Si lo que buscas es un buen conductor eléctrico, el aluminio también lo es. Y posee una gran capacidad de transferencia de temperatura, por lo que es excelente para disipadores de calor.
La aleación de aluminio que usamos en nuestro proceso de sinterizado directo de metal por láser (DMLS), AlSi10Mg, incorpora sílice y magnesio. Se suele usar para fundición y se parece mucho a la aleación de la serie 3000, al ser el magnesio el principal elemento de aleación. Las propiedades del aluminio impreso en 3D superan a las de sus homólogas en el fundido a presión, salvo el alargamiento a la rotura, que es menor.
Aplicaciones del titanio
El titanio también es uno de los metales más comunes del planeta. Sin embargo, su punto de fusión es tan elevado que resulta difícil procesarlo para obtener un producto utilizable. Este es uno de los principales motivos que lo hacen más caro que otros metales. Las piezas de titanio también elevan los costes porque son difíciles de mecanizar. El titanio es conocido por su resistencia y presenta una alta relación resistencia-peso. Además, ofrece una excelente resistencia a la corrosión y muy baja conductividad eléctrica.
Una de las ventajas interesantes del titanio es su baja dilatación térmica. Al ser su punto de fusión de unos 1660 grados centígrados, mantiene mejor su forma cuando se lo expone al calor. Además, en lugar de absorber el calor, el titanio lo refleja. Por eso, se utiliza en las ventanas de baja emisividad, que repelen los rayos infrarrojos del sol que generan calor.
En términos de aspecto, el color del titanio varía en función de cuánto se haya alterado. Puede ser desde gris mate cuando está sin procesar hasta brillante como la plata una vez pulido. El titanio que usamos en nuestro proceso de DMLS es el Ti 6Al4V, que suele denominarse Ti 6-4. Sus propiedades mecánicas son parecidas al Ti grado 23 recocido y presenta una resistencia a la tracción excepcional.
¿Por qué mecanizar el aluminio y el titanio?
El fresado y el torneado CNC han demostrado durante mucho tiempo su validez para fabricar piezas de aluminio y titanio. Son procesos rápidos que a menudo permiten producir piezas en menos de un día y ofrecen tolerancias de +/- 0,1 mm. Si necesitas un prototipo de una pieza enseguida, el aluminio destaca por su bajo coste y alta calidad. Sin embargo, el mecanizado presenta algunas limitaciones en términos de geometrías. Por eso, para los diseños complejos, se requiere otra solución, como el DMLS, independientemente del material elegido.
Un factor que a veces no nos planteamos al elegir un material es el desaprovechamiento que el mecanizado genera. Aunque con el aluminio no es grave desperdiciar el material que se retira con el fresado, con el titanio, que es tan caro, no es el proceso ideal. Debido a esto, los ingenieros suelen optar por fabricar prototipos de aluminio y, luego, usar el titanio en las piezas de producción. El aluminio mecanizado es popular en el sector de la automoción, pues su bajo peso es clave para mejorar el ahorro de combustible y minimizar el impacto en el rendimiento, como sucede con este tensor de Litens Automotive.
¿Por qué imprimir en 3D el aluminio y el titanio?
El DMLS es un proceso de fabricación aditiva. Las piezas se forman capa a capa usando un láser de fusión que va soldando el polvo de metal. La ventaja principal del DMLS es que puedes crear piezas con una geometría de increíble complejidad, como celosías o estructuras de malla. El mecanizado no puede igualar la flexibilidad de diseño del DMLS con ningún metal.
Si necesitas piezas de titanio, una ventaja en la que tal vez no hayas reparado es el coste de este metal. El uso de polvo permite evitar prácticamente el desperdicio de material. Además, aunque los costes de fabricación por DMLS son un poco más altos, las piezas ofrecen mayor valor debido a la combinación de alta resistencia y reducción del peso. Y, como ventaja adicional, el DMLS te permite combinar varias piezas independientes en una única pieza de gran resistencia. Esto ahorra tiempo de montaje y reduce la lista de materiales (BOM).
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