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1 de Marzo de 2018
Metalurgia

Buenas noticias para la impresión en 3D con metales

Las nuevas técnicas de fabricación aditiva son compatibles con muy pocas aleaciones de utilidad industrial. Un nuevo método basado en la adhesión de nanopartículas podría solucionar el problema.

Uno de los principales retos de la impresión en 3D es que pueda aplicarse a un abanico más amplio de materiales de interés industrial. [© SERTS/ISTOCKPHOTO]

Hasta no hace mucho, la fabricación aditiva (o impresión en 3D) con metales se veía tan solo como un medio para obtener prototipos de componentes mecánicos industriales. Sin embargo, en la actualidad se considera que esta técnica cuenta con un alto potencial para transformar muchos sectores. Este cambio ha venido impulsado por diversos factores, como las geometrías complejas que se pueden conseguir, el número relativamente bajo de piezas que se requieren para obtener distintos componentes y el hecho de que los plazos se reducen con respecto a los que ofrecen los métodos al uso. No obstante, desde la perspectiva industrial, la gama de aleaciones metálicas que pueden emplearse en la fabricación aditiva es limitada, lo que constituye una barrera para su adopción generalizada. En un artículo publicado en Nature en septiembre del año pasado, John H. Martin, de los Laboratorios HRL y la Universidad de California en Santa Bárbara, y sus colaboradores han propuesto una técnica que podría solucionar este problema. Para ello han recurrido a un proceso mucho más antiguo: la fundición.
 

Granos columnares y grietas
La fabricación aditiva con metales consiste habitualmente en la deposición de capas de una aleación en forma de polvo o filamentos, que, mediante una fuente de calor que se mueve rápidamente, se fusionan para formar una masa sólida. La estructura tridimensional se crea conforme se superponen las sucesivas capas. La velocidad de solidificación es a menudo de un orden de magnitud superior a la observada en los métodos de fundición estándar, y la adición de capas causa un enfriamiento no uniforme, el cual, a su vez, conduce a elevados gradientes de temperatura o tensiones térmicas en la aleación.

El panorama se complica más aún debido a los procesos de solidificación que ocurren en los metales usados en aplicaciones de ingeniería, como las superaleaciones de níquel y aluminio de alta resistencia. Estos materiales suelen tener intervalos de temperatura relativamente amplios en los que coexisten las fases líquida y sólida, y en las condiciones impuestas por la fabricación aditiva a menudo se generan granos columnares o dendritas (formaciones cristalinas ramificadas). El contenido líquido de la aleación disminuye conforme progresa la solidificación y el líquido residual queda confinado en los canales entre las celdas o dendritas, donde se forma una película en la que una contracción localizada del sólido puede originar cavidades; si estas se propagan, surgen grietas, a veces denominadas roturas en caliente. Por tanto, el material resultante puede presentar tanto una microestructura columnar como numerosas grietas: ambos defectos inaceptables para aplicaciones de ingeniería.

 

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