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El acero de Damasco se puede imprimir en 3D variando la temperatura

Publicado el julio 6, 2020 por Alicia M.

El acero de Damasco es una aleación metálica obtenida mediante la superposición de diferentes aceros estratificados, más o menos duros y más o menos ricos en carbono. Estas capas se forjan juntas, lo que confiere propiedades mecánicas interesantes para un gran número de industrias (baja fragilidad, resistencia y difracción de onda). Es un material muy popular en la fabricación de cuchillos y aún hoy es bastante costoso. Un equipo del Instituto para la Investigación de Hierro, en Düsseldorf y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser, afirma haber desarrollado un proceso de impresión 3D para depositar sucesivamente las diferentes capas de acero y producir este famoso Acero de Damasco. Una técnica que podría reducir el costo total del metal y proporcionar a algunas industrias material más resistente para sus aplicaciones.

La fabricación de acero de Damasco se remonta a varios siglos atrás. En el pasado, para modificar las propiedades de las aleaciones de hierro, su contenido de carbono tenía que ajustarse. Los herreros podían así obtener un metal ligero pero resistente, o duro pero frágil. Luego se desarrollaron varias técnicas, dando lugar al acero de Damasco. Por ejemplo, se podrían combinar diferentes aleaciones mediante un proceso de fusión, o luego doblar dos aleaciones en varias capas delgadas, lo que lo hace particularmente reconocible. Actualmente, se da preferencia a la fabricación de dos aleaciones de acero diferentes, pero la profesión es más de arte que de ciencia. Sin embargo, utilizando la fabricación aditiva, sería posible obtener un acero de Damasco sólido y justo.

El acero de Damasco es reconocible por sus patrones particulares.

Acero de Damasco e impresión 3D

A partir de un proceso por fusión láser de lecho de polvo, el equipo de investigación alemán desarrolló un tipo de acero de Damasco pero con un solo material de partida, un polvo de aleación de hierro, níquel y titanio. El acero obtenido consistiría en capas alternas duras y dúctiles. Philipp Kürnsteiner, investigador postdoctoral en MPIE, explica: “Logramos modificar específicamente la microestructura de las diferentes capas durante la impresión 3D para que el componente final tenga las propiedades deseadas, y todo esto sin el tratamiento térmico posterior del acero”. Para hacer esto, utilizaron el rayo láser directamente para modificar con precisión la estructura cristalina del acero en las diferentes capas.

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Concretamente, el equipo explica que interrumpen el proceso de impresión durante cierto tiempo después de haber depositado una capa. Esta ruptura permite que el metal se enfríe por debajo de 195°C, lo que provoca una transformación en la estructura cristalina del acero y, por lo tanto, una modificación de sus propiedades. Entramos en la llamada fase de martensita, una fase de baja temperatura, en la que se crean precipitados y endurecimiento estructural. Luego, los investigadores depositan otra capa de polvo fusionado con el láser. Esto da como resultado un tratamiento térmico intrínseco: las capas que se han cubierto directamente con la siguiente sin interrupción permanecen más suaves ya que no se han calentado. ¿El resultado? Un material compuesto que tiene capas con diferentes propiedades cuando todo comenzó con un solo material. Kürnsteiner agrega: “Las pruebas confirman una excelente combinación de resistencia y ductilidad”.

Los investigadores utilizaron el proceso de fusión por láser | Créditos: Philipp Kürnsteiner, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Según el equipo, al variar la energía del láser, la velocidad del proceso de impresión y otros factores, las propiedades del metal se pueden controlar con gran precisión. Kürnsteiner concluye: “Esta tecnología abre nuevas puertas para ajustar las microestructuras locales de una manera definida durante la producción aditiva de piezas incluso complejas y para hacer innecesario el procesamiento. Hasta ahora, ha sido común usar aleaciones convencionales en la impresión 3D. Sin embargo, muchos aceros conocidos no son ideales para la fabricación aditiva. Nuestro enfoque es desarrollar nuevas aleaciones que puedan aprovechar todo el potencial de la impresión 3D”. Puedes encontrar más información aquí.

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