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Ingenieros de HRL imprimen en 3D aluminio de alta resistencia

29/09/2017

Investigadores pertenecientes a HRL Laboratories, LLC han hecho un gran avance en la metalurgia desarrollando con éxito una técnica para la impresión 3D de aleaciones de aluminio de alta resistencia, incluyendo los tipos Al7075 y Al6061. Este avance abre la puerta a la fabricación aditiva de aleaciones relevantes para industrias como la aeronáutica y la automoción y que hasta ahora no podían usarse para impresión 3D.

Además, el método puede aplicarse a familias de aleaciones adicionales tales como aceros de alta resistencia y superaleaciones a base de níquel, difíciles de procesar actualmente en fabricación aditiva.

El desarrollo de HRL supone un gran avance en la metalurgia y en la impresión 3D de superaleaciones de metal
El desarrollo de HRL supone un gran avance en la metalurgia y en la impresión 3D de superaleaciones de metal.
“Estamos usando una teoría de la nucleación de 70 años para resolver un problema de 100 años con una máquina del siglo XXI", explica Hunter Martin, que colideró el equipo con Brennan Yahata. Ambos son ingenieros en el Laboratorio de Sensores y Materiales de HRL y estudiantes de doctorado en la Universidad de California en Santa Bárbara, junto con la profesora Tresa Pollock, coautora del estudio. Su impresión en papel 3D de aleaciones de aluminio de alta resistencia fue publicada en la edición del 21 de septiembre de 2017 de Nature.
La fabricación aditiva de metales usa polvos de aleación que se aplican en capas delgadas y se calientan con un láser u otra fuente de calor directa para fundir y solidificar las capas. Normalmente, si se utilizan aleaciones de aluminio no soldables de alta resistencia tales como Al7075 o AL6061, las partes resultantes sufren un fuerte agrietamiento en caliente, condición que hace que una pieza de metal pueda ser separada como una galleta escamosa.

La técnica de funcionalización de nanopartículas de HRL resuelve este problema ‘decorando’ polvos de aleación no soldables de alta resistencia con nanopartículas especialmente seleccionadas. El polvo funcionalizado con nanopartículas se introduce en una impresora 3D, que acopla el polvo y el láser fusiona cada capa para construir un objeto tridimensional. Durante la fusión y solidificación, las nanopartículas actúan como sitios de nucleación para la microestructura de aleación deseada, previniendo el craqueo en caliente y permitiendo la retención de la resistencia total de la aleación en la parte fabricada.

Debido a que la fusión y solidificación en la fabricación aditiva es análoga a la soldadura, la funcionalización de nanopartículas de HRL también puede usarse para fabricar aleaciones soldables no soldables. Esta técnica también es escalable y emplea materiales de bajo costo. Los polvos y nanopartículas de aleación convencionales producen material de alimentación de la impresora con nanopartículas distribuidas uniformemente sobre la superficie de los granos de polvo.

“Nuestro primer objetivo fue averiguar cómo eliminar el agrietamiento en caliente por completo. Buscamos controlar la microestructura y la solución debería ser algo que naturalmente sucede con la forma en que este material se solidifica”, dijo Martin.

Para encontrar las nanopartículas correctas, en este caso las nanopartículas a base de zirconio, el equipo de HRL reclutó a Citrine Informatics para ayudarles a clasificar las miríadas de partículas posibles para encontrar la que tenía las propiedades que necesitaban.

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