EL ALUMINIO PUEDE SER TAN RESISTENTE COMO EL TITANIO

La impresión 3D de metal creció de manera exponencial y continúa su desarrollo; de la misma manera se han desarrollado las investigaciones en cuanto a tecnologías y materiales que potencian aún más este crecimiento.

impresion 3d

De acuerdo al estudio realizado por Wohlers 2018, durante 2017 la impresión 3D creció un 80 por ciento, con la proyección que continuará su crecimiento. La investigación en cuanto a nuevos materiales -también en crecimiento- dio a luz un desarrollo realizado por la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología (NUST MISIS), en Rusia, obteniendo un componente con una resistencia cercana a la del titanio, convirtiendo a este material en algo valioso para la industria aeronáutica por su relación peso/resistencia.

3D

Las nuevas tecnologías de fabricación aditiva han abierto las posibilidades de desarrollar nuevas capacidades con la posibilidad de optimizar piezas con geometrías complejas, con el efecto de reducción de peso y también en su costo. Dentro de las industrias automotriz, aeroespacial y médica el ahorro en peso y material es primordial, sobretodo hablando de metales como el titanio, el aluminio y el acero.

Por su parte, el aluminio es un metal mucho más ligero que es fácilmente moldeable, sin embargo no es lo suficientemente resistente. En la mayoría de las aplicaciones se prefiere el titanio por tener una resistencia 6 veces mayor. Razón que lleva a los investigadores rusos a trabajar con un aluminio de alta pureza para aumentar su resistencia y proponer un nuevo método de producción de polvo.

Fabricación y resistencia

Para el desarrollo del aluminio impreso en 3D y con más resistencia se utilizan gránulos de aluminio con una pureza de 99,7 por ciento, gracias a la oxidación, el tratamiento alcalino y ácido y la calcinación térmica a 1450°C, los gránulos se convierten en hidróxido de aluminio.

Según detallan los investigadores del equipo de NUST MISIS, en cada etapa del proceso verifican las impurezas del óxido, poniendo atención especial en las de hierro y potasio, ya que demostraron ser las más problemáticas. Con estos datos, el equipo modifica los tratamientos químicos, el lavado y la calcinación, dando un UHPA (Ultra High Purity Aluminia) o sea un aluminio de pureza ultra elevada, alcanzando una pureza de 99.99 y 99.999 por ciento.

Si bien el trabajo continúa para determinar las condiciones óptimas del procesamiento del polvo, los investigadores explican que ya están utilizando este material para desarrollo de prototipos de aluminio impreso en 3D utilizando la sinterización selectiva por láser. El resultado es la obtención de partes con un tercio de la resistencia del titanio.
Al respecto, el profesor Alexander Gromov, jefe del grupo de investigación, explica: “Hemos desarrollado una tecnología para fortalecer los compuestos de matriz de aluminio obtenidos mediante la impresión 3D, y hemos obtenido modificadores innovadores al quemar polvos de aluminio. Los productos de combustión, nitruros y óxidos de aluminio, se preparan específicamente para sinterizar superficies ramificadas con nano capas de transición formadas entre las partículas. Las propiedades especiales y la estructura de la superficie permiten que las partículas se adhieran firmemente a la matriz de aluminio y, como resultado, se duplica la resistencia de los compuestos obtenidos”.

Aluminio

Una de las principales ventajas de este método de producción de polvo UHPA es su bajo costo, que permite mantener una alta rentabilidad durante la aplicación del material.

Alternativa liviana y moldeable

Hace dos décadas, el moldeo se consideraba la única forma rentable de fabricar productos a granel. Hoy en día, las impresoras 3D para metal son un competidor digno de los métodos metalúrgicos. En este aspecto, las impresoras 3D tienen la oportunidad de reemplazar los métodos tradicionales de producción metalúrgica. El uso de tecnologías aditivas con la impresión 3D crea una gran variedad de ventajas, desde la creación de formas y diseños más difíciles hasta llegar a un costo más económico y la ventaja teórica de la tecnología.

Existen varias tecnologías que se utilizan para imprimir metal, las principales son la fusión por láser selectiva (SLM) y la sinterización por láser selectiva (SLS). Ambos implican la estratificación gradual de la “tinta” de polvo metálico, capa por capa, para construir una figura de volumen dada. SLS o SLM son tecnologías de fabricación aditiva basadas en la sinterización capa por capa de materiales en polvo utilizando un potente rayo láser (hasta 500 W).

UN GRUPO DE
INVESTIGADORES
RUSOS TRABAJÓ CON UN ALUMINIO DE ALTA PUREZA PARA AUMENTAR SU
RESISTENCIA Y
PROPONER UN
NUEVO MÉTODO DE PRODUCCIÓN DE POLVO.

El titanio es el metal óptimo para la fabricación de productos para la industria aeroespacial, sin embargo, no se puede utilizar en la impresión 3D debido a los peligros de incendio y explosión de los polvos. El aluminio es una alternativa, ya que es liviano (densidad 2700 kg/m3) y moldeable, con un módulo de elasticidad de ~ 70 MPa. Este es uno de los principales requisitos de la industria para que un metal sea adecuado para la impresión 3D; sin embargo, el aluminio solo no es lo suficientemente fuerte o sólido: la resistencia a la tracción incluso para la aleación Duralumin es de 500 MPa, y su dureza Brinell HB se sitúa en 20 kgf/mm2.

La solución sobre cómo fortalecer la impresión 3D de aluminio la propuso el equipo de investigación dirigido por el profesor Alexander Gromov del Departamento NUST MISIS para metales no ferrosos y oro. En la actualidad, el equipo de desarrolladores continúa probando los prototipos con la ayuda de nuevas tecnologías.

Más información: www.en.misis.ru

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