Materials emergents i nous processos de transformació

La jornada es va estructurar en dues sessions. En la primera sessió, es van presentar els materials emergents que s'estan utilitzant en la fabricació de peces, elements estructurals, etc. i els tractaments superficials que es realitzen sobre aquests. La segona sessió va abordar temes relacionats amb processos de transformació i unió alternatius, que poden substituir o ser un complement als que tradicionalment s'utilitzen.

Actualment, el sector metallmecànic de la Comunitat Valenciana utilitza materials considerats com a tradicionals. Però, no és fàcil definir una frontera entre aquests i els considerats com a 'emergents'. A això s'ha referit, en la primera presentació, Elkin Martínez, tècnic de Aimme, establint alguns criteris per delimitar aquesta frontera, com ara: increment de prestacions dels processos i productes-resistència, lleugeresa, cost-, millores en els processos de transformació -automatització, nivell de qualitat, etc .- i recerca d'avantatges competitius tècnic-comercials. Amb aquests criteris, es van enumerar materials que compleixen aquestes característiques i es van presentar els de major importància per al sector: acers avançats d'alta resistència i aliatges lleugers-titani i magnesi-. A més, es van explicar alguns dels tractaments superficials que es realitzen sobre aquests materials.

En relació als acers avançats d'alta resistència (AHSS) es van destacar les classes existents i les seves propietats físiques, mecàniques i microestructurals. Alfred Beltrán, ponent del centre tecnològic CTM de Barcelona, ha apuntat a més que la utilització d'aquests materials ha generat dificultats en els processos de conformat, en els processos d'unió, en la ràpida ruptura i desgast dels utillatges i en la major recuperació elàstica ( 'springback') inherent al propi material. No obstant això, també va assenyalar que ja hi ha projectes en marxa entre les empreses i els instituts tecnològics, encaminats a donar resposta a aquest tipus de problemàtica.

Pel que fa a les aliatges lleugers (titani i magnesi) es va esmentar que deuen el seu interès industrial a la seva lleugeresa, bones propietats mecàniques, resistència a la corrosió, elevada resistència específica i bona reciclabilitat. Per exemple, els aliatges de titani ofereixen als dissenyadors una combinació de propietats mecàniques, però el seu ús no està estès a causa de l'elevat cost d'extracció, processament i fabricació, pel que fa a altres materials com l'acer o l'alumini. Pel que fa a les aliatges de magnesi, Germán Cabañero, ponent de CIDETEC, va explicar la possibilitat de fabricar peces injectades amb aquests aliatges, en lloc de fer-ho amb zamak o alumini, utilitzant la mateixa maquinària i sense modificar excessivament les variables de processat. A més, això comporta avantatges addicionals, com la disminució del pes un 40% i gairebé un 70% respecte a la mateixa peça fabricada amb alumini i zamak, respectivament.

D'altra banda, la ponència realitzada sobre el anoditzat d'aliatges lleugers va subratllar la importància dels tractaments superficials, els acabats decoratius i la millora de les propietats intrínseques d'aquests materials base. Es va destacar la disposició de l'alumini i els seus aliatges a l'hora d'obtenir capes d'anoditzat amb una morfologia uniforme, de porus cilíndrics i cel hexagonals, ben definides, mentre que en els aliatges magnesi s'obtenen pel lícules anòdiques opaques amb porus de major mida i aspecte irregular. Entre els avenços en el anoditzat d'alumini es va destacar el desenvolupament de superfícies nanoestructurades multifuncionals per a aplicacions en el sector de l'electrònica, fotònica i sensors. Finalment, en els aliatges de titani, l'anoditzat millora la duresa, la resistència al desgast ia la corrosió, i es pot obtenir a més una varietat de colors que li permet aplicacions decoratives.

Igual que en el cas dels materials emergents, es van definir alguns criteris per identificar els processos de transformació i unió alternatius, com ara: millores en la qualitat, reducció de costos de producció i evolució dels processos i tècniques 'near net shape' . Es van presentar els processos alternatius que complien aquests criteris i es van mostrar els que es van considerar atractius per al sector: fabricació additiva mitjançant fusió amb feix d'electrons, conformat incremental de xapa metàl lica, conformat superplàstica, microextrusión i soldadura per fricció batuda.

En relació amb la fabricació additiva mitjançant fusió amb feix d'electrons, Vojislav Petrovic, tècnic de la Unitat d'Enginyeria de Producte de Aimme, va exposar els conceptes teòrics de la tècnica, els materials que s'utilitzen i ha destacat els avantatges competitius (desenvolupament del potencial de disseny, reducció del 'time-to-market', reducció de costos de material i de mecanitzat, etc.). També va assenyalar les aplicacions en sectors tan crítics com el biomèdic, mitjançant la fabricació d'implants, pròtesis i instruments o en l'aeroespacial, amb la fabricació de peces funcionals complexes. A més, aquesta tècnica és una excel lent solució causa de l'alta productivitat que es pot obtenir, la possibilitat de fer dissenys a mida amb alt valor afegit per a implants, la capacitat de fabricar peces amb porositat dissenyada i controlada en forma d'estructures espacials que permet una millor osteointegració, i és alhora econòmicament viable per fabricar implants funcionals.

Com a alternativa als processos de conformat que s'apliquen a la fabricació de prototips i sèries curtes de peces de xapa, ha sorgit el conformat incremental de xapa metàl·lica, amb el qual s'obtenen peces d'embotició metàl lica sense necessitat de disposar de matrius ni premsa. El procés es realitza a través de la generació de successives i petites deformacions, fins que la suma total de les mateixes arriba a la forma final de la peça. Es va assenyalar també l'àmplia gamma de materials que es poden utilitzar i l'elevada complexitat geomètrica que es pot aconseguir. En l'actualitat s'estan realitzant treballs sobre materials, com acers avançats d'alta resistència i aliatges lleugers. La tendència és treballar cap al micro-conformat incremental i el conformat incremental en calent, obrint així el ventall de possibilitats d'aplicació d'aquesta tècnica.

A la possibilitat de realitzar un conformat superplàstica de xapes metàl·liques i la unió per difusió de diverses d'aquestes per a la fabricació de peces de materials lleugers (aliatges de titani), amb dissenys específics per a la seva aplicació en turbines aeronàutiques, es va referir David Serra, de la Indústria de turbopropulsors ITP.000%, però a nivell industrial s'assoleixen deformacions d'un 300%, comparat amb el 20% que es pot obtenir amb processos de conformat convencionales.000%, però a nivell industrial s'assoleixen deformacions d'un 300%, comparat amb el 20% que es pot obtenir amb processos de conformat convencionals. però a nivell industrial s'assoleixen deformacions d'un 300%, comparat amb el 20% que es pot obtenir amb processos de conformat convencionals. Dins de les famílies de materials que poden experimentar aquest tipus de comportament es troben les aliatges d'alumini (7475, 5083), els aliatges de níquel (Inconel 718), els aliatges de titani (Ti-6Al-4V) i algunes ceràmiques. També va explicar que la unió per difusió es produeix en dos components mitjançant l'aplicació de càrrega a temperatures elevades, on la unió molecular resultant és completament homogènia. Amb la integració d'aquestes dues tècniques, les parts es fabriquen primer mitjançant la unió per difusió de diverses xapes o làmines amb un patró específic i, a continuació, s'expandeixen superplàstica per produir una estructura integral rígida tipus bresca d'abelles, utilitzada en la indústria aeronàutica. Amb aquest mètode de conformat i unió també es poden fabricar altres peces com ara comportes, productes, cons de tovera, escuts tèrmics, àleps, etc. A més s'aplica en altres sectors com automoció, ferrocarrils, biomedicina, construcció, etc.

Una altra de les tendències actuals és la miniaturització dels productes industrials, que estan adquirint cada vegada més importància en tot tipus de sectors com són els sistemes de comunicació, informàtica, electrònica, sistemes de mesura i control, micro-mecànica, perfils, etc. La microextrusión ha sorgit recentment com un procés de fabricació viable per a la fabricació de micro-peces metàl·liques. A aquesta escala de longitud, la deformació de la peça de treball és dominada per l'anomenat 'efecte mida', per exemple, les propietats dels materials i el comportament a fricció varien a escales de longitud petita. En relació amb això, Carlos Silva, de Sapa Group; recalcar que dins dels paràmetres importants en els processos de microextrusión són destacables: la relació d'extrusió, el factor de forma, el gruix i la relació amplada-profunditat. Si la relació d'extrusió és molt baixa pot donar longitud d'extrusió curta amb baixa recuperació elàstica i si és molt alta afecta la productivitat. El rang preferible és 40 a 80:1. Com més gran és el factor de forma, més difícil és extruir el perfil i com més prim és el perfil en relació a la mida, major és el grau de dificultat.

Finalment, en la jornada es va discutir sobre els processos d'unió. Tal com es va comentar, pel fet que les aplicacions de la indústria s'estan inclinant cap a l'ús de nous materials, es fa necessari l'estudi, anàlisi i desenvolupament de l'elevat potencial de millora que tenen tant les tècniques tradicionals, com les emergents. L'anàlisi realitzat en la jornada de la soldadura per fricció batuda, FSW (acrònim de Friction Stir Welding), fa referència a un procés emergent, ja que es tracta d'un procés d'unió en estat sòlid, derivat dels processos de fricció rotativa, i sense aportació de material. Els excel lents resultats de qualitat obtinguts i el gran rang d'aplicació en diversos materials, fins i tot en alguns considerats fins ara insoldables, el converteixen en una tecnologia molt atractiva per nombrosos i importants sectors industrials i ha aconseguit fer-se un forat considerable en la indústria, substituint així a altres processos més tradicionals com la soldadura MIG, la soldadura per resistència o el reblat.

Com a conclusió, els experts participants a la jornada van destacar la importància de desenvolupar nous processos més flexibles i multifuncionals, que permetin l'obtenció de noves geometries mitjançant l'ús de nous materials.