Argón o nitrógeno: el gas que casi nadie mira al comparar máquinas LPBF

Dentro de una máquina LPBF hay un baño de metal a más de mil quinientos grados moviéndose a metros por segundo. Si hay oxígeno alrededor, ese baño se oxida antes de solidificar y la pieza sale con óxidos entre cordones, menos densa y peor en fatiga.

Por eso la cámara se inertiza: se barre el aire y se sustituye por un gas que no reacciona. Suena a detalle de instalación, pero decide tres cosas seguidas: qué aleaciones puedes fabricar, qué factura de consumibles tienes cada mes y qué hace falta en tu nave para instalar la máquina.

Qué hace el gas, exactamente

Tres trabajos a la vez, y conviene separarlos porque la gente suele quedarse solo con el primero:

Desplazar el oxígeno. El objetivo típico es bajar de 1.000 ppm (0,1%) antes de empezar, y de 100 ppm para materiales sensibles. El titanio quiere todavía menos.

Barrer los humos. La fusión genera un penacho de metal vaporizado y salpicaduras. Si ese penacho se queda flotando sobre la zona de trabajo, el láser lo atraviesa y pierde potencia de forma irregular; si las salpicaduras caen sobre el polvo, la capa siguiente arrastra defectos. El flujo laminar sobre la plataforma existe para llevarse todo eso hacia el filtro, y su uniformidad es uno de los parámetros que más distingue una máquina buena de una mediocre. Es un asunto de diseño de cámara, no de qué gas compras.

Enfriar y estabilizar. El gas en movimiento se lleva parte del calor y mantiene la cámara en régimen.

Argón

Es el gas de referencia. Inerte de verdad: no reacciona con nada de lo que se fabrica en estas máquinas. Es más denso que el aire, lo que ayuda a que se quede donde tiene que estar, y sirve para absolutamente todo: titanio, aluminio, aceros, níquel, cobalto.

Su inconveniente es el precio y la logística. Cuesta claramente más que el nitrógeno y, si consumes de verdad, acabas necesitando un depósito criogénico fuera con su recarga periódica, no botellas.

Nitrógeno

Más barato, y con una ventaja logística grande: se puede generar en planta. Un generador por separación de aire te da nitrógeno a partir de aire comprimido, y a partir de cierto consumo la inversión se paga sola en unos pocos años.

El problema es que no es inerte, es poco reactivo, que no es lo mismo. A la temperatura del baño forma nitruros con varios metales. Con el titanio es directamente inaceptable: fragiliza. Con aceros inoxidables y níquel el efecto es menor y en muchos casos asumible —hay quien incluso lo aprovecha—, pero deja de ser un detalle si estás cualificando contra una norma, porque cambias la química de la pieza respecto al polvo que compraste.

La regla práctica

• Titanio y sus aleaciones: argón, sin discusión.
• Aluminio: argón. El nitrógeno es más tolerable aquí que en titanio, pero el argón es el estándar y no merece la pena discutirlo por lo que ahorras.
• Acero inoxidable y aceros de herramienta: nitrógeno suele valer, y es donde está el ahorro real.
• Níquel y cobalto-cromo: argón si la pieza va a estar cualificada; nitrógeno solo con datos propios que lo respalden.

Y una condición que está por encima de todas: si vas a cualificar la pieza, el gas es parte del proceso congelado. Cambiarlo después obliga a rehacer la validación, igual que cambiar la orientación o el espesor de capa. Eso lo explicamos con detalle en cómo se cualifica una pieza LPBF.

Lo que esto cuesta al mes

El consumo tiene dos partes muy distintas. El inertizado inicial es un pico: llenar la cámara de golpe al principio de cada construcción. El mantenimiento es un goteo continuo durante todas las horas de fabricación, que compensa las fugas y renueva la atmósfera según el filtro se carga.

De ahí sale la consecuencia contraintuitiva: muchas construcciones cortas gastan más gas que pocas construcciones largas, aunque sumen las mismas horas de máquina. Cada arranque paga otra vez el inertizado. Es una razón más para llenar bien la bandeja antes de lanzar.

El desglose completo de esta factura, junto con polvo, filtros, mantenimiento y amortización, está en cuánto cuesta mantener una máquina LPBF al año.

Lo que hace falta en la nave

El gas es también instalación. Necesitas sitio para el depósito o las botellas, la línea hasta la máquina, y —esto es lo que más se olvida— detección de oxígeno en la sala. Argón y nitrógeno no son tóxicos, pero desplazan el aire, y el argón es más pesado, así que se acumula abajo. Un escape en un local mal ventilado es un riesgo real de asfixia, sin olor y sin aviso.

Qué más hay que preparar antes de que llegue la máquina, en qué hace falta en tu taller para instalar una máquina LPBF.

Las preguntas que hay que hacer al comparar máquinas

1. ¿Con qué gas está parametrizado cada material de la biblioteca? No «cuál admite»: con cuál están hechos los parámetros que te van a entregar.
2. ¿A qué nivel de oxígeno arranca y cuánto tarda en llegar?
3. ¿Cuánto gas gasta el inertizado de un ciclo y cuánto el mantenimiento por hora?
4. ¿Se puede cambiar de gas entre materiales, y cuánto cuesta la transición?
5. ¿El flujo sobre la plataforma es uniforme en toda la superficie o hay zonas peores? Esta se olvida siempre y es la que más se nota en la pieza.

Las otras siete que también deciden una compra están en cómo elegir una impresora 3D de metal.

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Qué le pasa al polvo cuando la atmósfera no es la que debía, en porosidad y densidad. Cómo se maneja el polvo reactivo fuera de la máquina, en GARBI. Y las atmósferas, potencias y volúmenes concretos de nuestros equipos, en ALBA 300 y ALBA 500.