Una nueva aleación de bronce y acero desarrollada mediante impresión 3D DED

Un grupo de investigadores del Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología (Skoltech), afirma haber desarrollado una nueva aleación de bronce y acero mediante fabricación aditiva. Recurrieron a la tecnología de deposición de energía directa (DED) para producir distintas piezas de los dos metales, una primicia en el mercado. Para ello, se usaron dos técnicas. En el primer caso, se hizo una mezcla de los dos metales antes de depositar las capas. En el segundo, se depositaron capas de bronce alternadas con las de acero. Según los investigadores, este trabajo podría ser interesante para la industria aeroespacial, sobre todo en la construcción de cámaras de combustión para aviones y cohetes.

En la investigación, es bastante frecuente buscar combinaciones de dos materiales para sacar el máximo partido de sus respectivas propiedades. Por ello, se está desarrollando cada vez más rápidamente la impresión 3D de materiales compuestos. En este caso, el bronce es conocido por su resistencia a la corrosión, buena conductividad eléctrica y alta resistencia al desgaste. El acero, en cambio, es resistente a la rotura y al impacto, a la deformación eléctrica y tiene una gran dureza. Hasta ahora, ningún proyecto había combinado acero y bronce en una sola pieza, pero todo es posible gracias a la fabricación aditiva.

Pieza impresa en 3D para probar las propiedades mecánicas de la nueva aleación. (Créditos: Konstantin Makarenko/Skoltech

Los investigadores utilizaron una impresora 3D DED para desarrollar su proyecto. En primer lugar, tuvieron que crear una aleación casi homogénea mezclando los dos materiales de manera uniforme. A continuación, la máquina utilizó esta aleación para crear varias piezas de prueba. La otra técnica consistía en imprimir piezas «sándwich», es decir, formadas por capas de bronce y acero de 0,25 milímetros de grosor cada una. Los investigadores explican que variaron la cantidad de bronce cada vez (del 25 al 50%) mientras que el contenido de acero se mantuvo igual.

El profesor Igor Shishkovsky, de Skoltech, explica: “La impresión 3D es muy prometedora para la fabricación de piezas compuestas, con las propiedades de ambos materiales separados que forman el compuesto. Pensemos, por ejemplo, que el acero puede soportar las altas temperaturas creadas por la quema de combustible en un motor en marcha. Pero en comparación con el bronce, el acero es un conductor térmico modesto, por lo que el refrigerante del motor no puede desviar el calor con la misma eficacia para evitar el sobrecalentamiento y los daños. Con la impresión 3D, es posible obtener lo mejor de ambos mundos. Hemos fabricado una cámara de combustión que transite sin fisuras del bronce en el interior, para una mejor gestión de la temperatura, al acero en el exterior, para garantizar la cohesión estructural”.

Pieza impresa en 3D con una mezcla casi homogénea de bronce y acero. (Créditos: Konstantin Makarenko/Skoltech)

Los dos metales se fusionaron bien y no se encontraron anomalías. A continuación, los investigadores realizaron una serie de pruebas para investigar las propiedades estructurales y mecánicas de la nueva aleación mediante microscopía óptica y electrónica de barrido. Konstantin Makarenko, estudiante de cuarto año de doctorado en Skoltech Materials, concluye: “Hemos confirmado que el acero y el bronce pueden combinarse en una aleación y son compatibles con la impresión 3D DED. Y como conocemos las características mecánicas del nuevo material, podemos explorar sus posibles aplicaciones. En el futuro, me gustaría fabricar y probar una cámara de combustión de acero y bronce en Skoltech, pero más allá de eso, podrían utilizarse con otras combinaciones de metales. El siguiente paso sería crear álabes de turbina de superaleación reforzada con canales de refrigeración de bronce. Se trata de combinar las ventajas de dos materiales distintos en un solo producto sin soldaduras ni otras uniones”. Aun así, te mantendremos informados de los próximos pasos de este proyecto. Mientras tanto, puedes encontrar más información aquí.

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*Créditos foto de portada: Konstantin Makarenko