El acero al carbono y el acero estructural pueden imprimirse en 3D a gran escala mediante la fabricación aditiva por arco con hilo (WAAM). Gracias al uso de la deposición robótica multieje y del hilo de soldadura industrial estándar, es posible imprimir bajo demanda componentes de acero de alta resistencia destinados a soportar cargas, eludiendo por completo las limitaciones espaciales de las cámaras de impresión 3D convencionales.
Para entornos marinos altamente corrosivos o aplicaciones especializadas de herramientas de alta resistencia, MX3D también lleva a cabo amplios programas de homologación para la impresión 3D en acero inoxidable , acero inoxidable superdúplex y aceros para herramientas a medida. A la hora de fabricar nudos para instalaciones marítimas, componentes para la construcción naval o soportes para maquinaria pesada, el uso de la tecnología WAAM para el acero estructural ofrece flexibilidad geométrica y una reducción considerable de los largos plazos de entrega de la cadena de suministro.
Por qué el método WAAM es ideal para el acero estructural y de bajas emisiones de carbono
Las limitaciones económicas y físicas de la fabricación aditiva dependen del proceso elegido. Si bien los sistemas de fusión en lecho de polvo destacan en la impresión de componentes pequeños y precisos, resultan económicamente inviables para piezas estructurales de gran tamaño debido al coste astronómico de los polvos atomizados especializados y a las limitaciones de las cámaras de impresión.
El acero con bajo contenido en carbono es ideal para la fabricación aditiva por arco con alambre (WAAM). Goza de gran popularidad porque es relativamente económico y funciona a la perfección con los equipos estándar de soldadura por arco metálico con gas (GMAW). Por otro lado, el acero con alto contenido en carbono no es adecuado para aplicaciones de WAAM.
La tecnología WAAM está diseñada específicamente para la producción industrial a gran escala. Al utilizar alambres de alimentación económicos, disponibles en todo el mundo y aptos para soldadura, el coste de adquisición del material se reduce considerablemente. Esta estructura de costes tan favorable se combina con una tasa de deposición excepcional, lo que permite a los brazos robóticos industriales depositar de forma continua entre 2 y 8 kilogramos de acero por hora.
Esta capacidad se adapta perfectamente a la producción de componentes de gran tamaño con una forma cercana a la definitiva. Los grandes nudos estructurales, los soportes complejos, las bases de maquinaria pesada y las secciones personalizadas para la industria offshore o la construcción naval pueden pasar de ser un archivo CAD digital a convertirse en una pieza física totalmente densa en cuestión de días o semanas. Al fabricar piezas de más de 6 metros y más de 20 toneladas con menos desperdicio de material, la tecnología WAAM reduce considerablemente los residuos sustractivos del mecanizado CNC y los plazos de entrega de las herramientas, que pueden prolongarse durante meses, asociados a la fundición pesada tradicional.
Impresiones en 3D con aceros de grado MX3D
Los siguientes grados certificados de acero al carbono y acero estructural constituyen el ecosistema de materiales básico disponible para la deposición robótica en formatos de gran tamaño.
Aceros al carbono / de baja aleación
- ER70S-6 (acero dulce): Regulado por las normas AWS A5.18 / EN ISO 14341, es el material estructural más utilizado en la industria. Presenta un alto contenido en silicio que garantiza una excelente fluidez del baño de fusión durante la deposición robótica. Se utiliza ampliamente para estructuras de construcción pesada, bases de maquinaria en general y nudos estructurales.
- Serie ER80S (ER80S-D2, ER80S-Ni1, ER80S-Ni2): Regulados por la norma AWS A5.28, estos hilos de baja aleación (como el ER80S-D2 aleado con molibdeno) se utilizan para la impresión de chapas estructurales de mayor resistencia y en aplicaciones que exigen una elevada tenacidad al impacto a bajas temperaturas. Son un elemento básico en la construcción naval en climas fríos y en la fabricación localizada de maquinaria pesada.
Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA)
- ER100S-G, ER110S-G y ER120S-G: Estos tipos de acero de alta resistencia están diseñados para entornos que requieren una resistencia al límite elástico excepcional y una elevada tenacidad al impacto. Se utilizan ampliamente en estructuras de acero críticas, tuberías de alta resistencia y maquinaria especializada para la defensa.
- NiMo y NiCrMo: Estos alambres de aleación de alta resistencia se utilizan para soportar cargas dinámicas extremas, lo que los convierte en la opción ideal para aplicaciones estructurales de alto rendimiento, nudos en plataformas marinas y maquinaria pesada avanzada.
Resumen de la cartera de productos de acero estructural de WAAM
| Curso | Ejemplos típicos | Clase de rendimiento típica | Aplicación principal | Tasa de deposición |
| Acero al carbono | ER70S-6 | ~400–450 MPa | Estructura general, cimientos | 2–8 kg/h |
| Acero de baja aleación estándar | ER80S-D2, ER80S-Ni1 | ~470–550 MPa | Construcción naval en climas fríos, maquinaria pesada | 2–8 kg/h |
| Acero HSLA | ER100S-G a ER120S-G, NiMo, NiCrMo | ~690–830 MPa | Nodos estructurales y marinos de alto rendimiento | 2–8 kg/h |
Propiedades mecánicas del acero WAAM
Para poder utilizar con confianza las piezas fabricadas mediante el proceso WAAM en entornos sometidos a cargas, los ingenieros necesitan datos verificables sobre su rendimiento metalúrgico. Los aceros estructurales depositados mediante el proceso WAAM alcanzan sistemáticamente propiedades mecánicas comparables o superiores a las de los aceros forjados.
Basándose en rigurosas pruebas internas y en la certificación de terceros, la norma ER70S-6 (acero al carbono) presenta unas propiedades muy homogéneas:
- Resistencia máxima a la tracción (UTS): 490 MPa. El porcentaje de elongación (A%) es exacto.
- Resistencia a la tracción: 375 MPa
- Alargamiento: 25 – 30 %
En el caso de las variantes de baja aleación y mayor resistencia, los límites de fluencia aumentan considerablemente, al tiempo que se mantiene una ductilidad funcional y una elevada tenacidad al impacto según Charpy. Dado que la tecnología WAAM deposita el material capa por capa, en ocasiones puede producirse una anisotropía microestructural inherente. MX3D controla estrictamente este aspecto mediante una secuenciación avanzada de las trayectorias de las herramientas robóticas y estrategias simétricas de gestión térmica.
Cuando se requiere un rendimiento isotrópico máximo, las piezas se someten a tratamientos térmicos específicos posteriores a la soldadura (PWHT) y a ciclos de alivio de tensiones. Al comparar este enfoque con el del acero estructural laminado o forjado, el proceso WAAM ofrece una seguridad mecánica básica totalmente equivalente, pero añade la inmensa ventaja de una libertad geométrica independiente y unos plazos de entrega considerablemente reducidos.
Posprocesamiento y certificación
Dado que el WAAM es un proceso de fabricación con forma casi definitiva, los componentes depositados presentan un acabado superficial acanalado característico. El flujo de trabajo de ingeniería incorpora sobremedidas de mecanizado precisas para las impresiones metálicas de forma casi definitiva , con el fin de garantizar que las interfaces funcionales críticas puedan mecanizarse mediante CNC con tolerancias dimensionales finales exactas, mientras que las áreas no funcionales suelen poder mantenerse sin problemas en su estado tal y como se han impreso.
Para garantizar la integridad estructural exigida por las normas de seguridad civil y marítima, MX3D trabaja siguiendo unos protocolos exhaustivos de control de calidad. Cada capa crítica puede evaluarse mediante estrictos métodos de ensayo no destructivos para piezas robotizadas fabricadas mediante WAAM , incluidos los ensayos por ultrasonidos y por penetración.
El entorno de producción de MX3D cuenta con el respaldo de un sólido proceso de certificación optimizado para la industria pesada:
- Certificación DNV: Producción totalmente conforme a las normas para componentes pesados para instalaciones marítimas.
- Sección IX de la ASME: Integridad estructural verificada de los equipos a presión.
- ISO 9001: Cumplimiento estricto de los sistemas internacionales de gestión de la calidad.
Aplicaciones
La impresión de acero estructural de gran formato ofrece importantes ventajas estratégicas en sectores que requieren grandes inversiones de capital, en los que las geometrías singulares o la rapidez de las cadenas de suministro son fundamentales.
Estructuras marítimas y energéticas : El uso de piezas de acero HSLA de gran resistencia, como nudos estructurales a medida, accesorios especializados para tuberías y cuerpos de válvulas pesadas, permite que la impresión 3D en aplicaciones del sector del petróleo y el gas evite los largos plazos de entrega propios de la forja, al tiempo que cumple con los estrictos códigos estructurales de la API y la DNV.
Construcción naval : Fabricación de soportes marítimos a medida y segmentos estructurales para bajas temperaturas a nivel local y bajo demanda, lo que reduce drásticamente los retrasos en los diques secos.
Arquitectura y construcción : Diseño de grandes nudos de acero estructural optimizados topológicamente y conectores de edificios complejos directamente a partir de diseños digitales.
Maquinaria pesada y defensa : Garantizamos la resiliencia de la cadena de suministro mediante la producción rápida de utillaje a medida, soportes de transporte y recambios para estructuras antiguas.
La principal validación del acero estructural WAAM reside en su aplicación en el mundo real. MX3D ha sido pionera directamente en hitos estructurales de gran importancia, como el proyecto híbrido de acero estructural «Pioneer» del Imperial College y el conector de acero de Takenaka , demostrando cómo la planificación de trayectorias multieje cumple sin dificultad con las exigentes normas de seguridad de la ingeniería civil.
Cómo encargarnos una pieza de acero
La adquisición de piezas estructurales de acero mediante WAAM es un proceso optimizado, diseñado para facilitar una rápida implantación industrial. Para aquellas organizaciones que necesiten la fabricación inmediata de componentes, nuestro centro de servicios ejecuta contratos de impresión bajo demanda. Por otra parte, para operaciones empresariales de gran volumen, MX3D suministra sistemas robóticos M1 WAAM completos y listos para usar, destinados a su implantación interna en fábrica.
Para iniciar una solicitud de producción de impresión bajo demanda, nuestro equipo de aplicaciones de ingeniería necesita lo siguiente:
- Geometría digital: Un modelo CAD que define los límites del componente.
- Especificaciones de la clase: Selección de la clase de rendimiento requerida (por ejemplo, ER70S-6 para estructuras estándar, ER100S-G o superior para aplicaciones de alto rendimiento).
- Requisitos de certificación: Identificación de los ensayos necesarios, los protocolos de alivio de tensiones o las clasificaciones marítimas de terceros (Lloyd’s Register, DNV, etc.).
Preguntas frecuentes
¿Se puede imprimir en 3D el acero al carbono?
Sí, el acero al carbono se puede imprimir en 3D de forma sólida a gran escala mediante la fabricación aditiva por arco con alambre (WAAM). A diferencia de los sistemas de fusión en lecho de polvo, que tienen dificultades con el tamaño de las piezas, la tecnología WAAM utiliza alambre de soldadura industrial estándar (como el ER70S-6) y robótica multieje para depositar de forma continua grandes piezas estructurales de acero que abarcan varios metros.
¿Qué tipos de acero se pueden imprimir en 3D?
MX3D ofrece una amplia gama de calidades de acero al carbono y acero estructural. Esto incluye aceros dulces estándar como el ER70S-6, alambres de baja aleación como el ER80S-D2 para aplicaciones a baja temperatura, y variantes de acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA) como el ER100S-G y el NiMo para aplicaciones que soportan cargas pesadas.
¿Qué resistencia tiene el acero impreso en 3D?
Cuando se deposita mediante procesos WAAM controlados, el acero impreso en 3D alcanza una excelente integridad mecánica. Por ejemplo, el acero al carbono estándar ER70S-6 utilizado en WAAM alcanza una resistencia máxima a la tracción de entre 500 y 550 MPa y un límite elástico de entre 400 y 450 MPa, lo que lo convierte en un material estructuralmente sólido para la construcción civil y la industria pesada.
¿El acero impreso en 3D es tan resistente como el acero forjado?
Sí, cuando se fabrican bajo estrictos controles de calidad y se someten a los tratamientos térmicos adecuados tras la soldadura, los aceros estructurales depositados mediante el proceso WAAM alcanzan habitualmente propiedades mecánicas que se acercan o igualan por completo a los parámetros del acero forjado tradicional.
¿Se pueden imprimir en 3D piezas de acero estructural?
Por supuesto. WAAM se utiliza de forma activa para fabricar piezas grandes de acero estructural certificadas, entre las que se incluyen nudos para tuberías submarinas, soportes marítimos pesados y uniones arquitectónicas con topología optimizada. La fabricación de acero estructural de MX3D cuenta con el respaldo de rigurosos procesos de certificación de Lloyd’s Register y DNV.
Comprender la tecnología
Para conocer más a fondo nuestras amplias capacidades en materia de materiales, consulta nuestra guía completa sobre los materiales y la certificación de WAAM , o descubre cómo se compara directamente la deposición robótica con las operaciones tradicionales de fundición en nuestro análisis exhaustivo de WAAM frente a la fundición y la forja .
