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La impresión 3D permite crear una aleación de titanio con una óptima relación resistencia-peso

Publicado el septiembre 21, 2022 por Maria Jose R.
aleación de titanio

Una de las claves de la innovación en la fabricación aditiva es la investigación y el desarrollo de materiales. En sectores como el aeroespacial, es esencial que las piezas a fabricar sean a la vez ligeras y extremadamente resistentes. De hecho, la investigación de materiales para la fabricación aditiva es un campo en rápido crecimiento. En las últimas noticias, los ingenieros de la Universidad de Monash han utilizado técnicas de impresión en 3D para crear una aleación comercial de titanio ultrarresistente, lo que permite su aplicación en una serie de industrias críticas.

El titanio es famoso por su resistencia y, como tal, se utiliza a menudo en la fabricación de piezas finales. Las aleaciones de titanio, en las que el titanio se mezcla con otro metal para aportar propiedades adicionales, como flexibilidad, resistencia y maleabilidad, son especialmente apreciadas por su relación resistencia-peso. Pero se investiga constantemente para mejorarlas. En el estudio titulado «Ultrastronged nanotwinned titanium alloys through additive manufacturing» (Aleaciones de titanio ultrarresistentes mediante fabricación aditiva), un equipo de ingenieros demostró cómo pudo utilizar la fabricación aditiva para crear una aleación de titanio con la mayor resistencia específica (relación resistencia-peso).

El titanio se utiliza en una variedad de aplicaciones, incluida la aeroespacial (créditos de la foto: Lupus en Sajonia, CC BY-SA 4.0 , vía Wikimedia Commons)

Utilización de la fabricación aditiva para fabricar una aleación de titanio

La creación de aleaciones de titanio no es un proceso simple y sencillo. Implica una serie de técnicas complejas, como la fundición y el procesamiento termomecánico. Y aunque no es la primera vez que se utiliza la impresión 3D no sólo para crear piezas sino también las propias aleaciones, las aleaciones disponibles en el mercado que se fabrican con esta técnica suelen carecer de propiedades satisfactorias. Los investigadores, dirigidos por el profesor Aijun Huang y el doctor Yuam Zhu, de la Universidad de Monash, utilizaron la impresión en 3D para manipular una nueva microestructura que lograra un rendimiento mecánico sin precedentes para la aleación.

Para lograrlo, los investigadores utilizaron la fabricación aditiva para aprovechar los ciclos térmicos y la solidificación rápida. En concreto, se fundieron polvos de aleación de β-titanio (Beta-C, Ti-3,63Al8,03V-6,02Cr-4,03Mo-4,00Zr (en peso), una aleación de titanio comercial) y se depositaron mediante un proceso de fusión de lecho de polvo por láser (LPBF). A continuación, estas muestras se trataron térmicamente a dos temperaturas diferentes. A continuación se realizaron pruebas que demostraron que las aleaciones de titanio se hacían más fuertes con este método, aunque los investigadores creen que podría aplicarse a cualquier aleación de titanio con los mismos resultados.

the results for the 3D printed titanium alloy

Respuesta mecánica a la tracción de las aleaciones comerciales de titanio Beta-C producidas mediante tratamientos de LPBF y poscalentamiento (créditos fotográficos: Universidad de Monash)

El profesor Huang añadió: «Las aleaciones de titanio requieren un complejo proceso de fundición y termomecánico para conseguir las altas resistencias necesarias para determinadas aplicaciones críticas. Hemos descubierto que la fabricación aditiva puede explotar su proceso de fabricación único para crear piezas ultra resistentes y térmicamente estables a partir de aleaciones de titanio comerciales, que pueden ponerse directamente en servicio. Tras un sencillo tratamiento de poscalentamiento en una aleación comercial de titanio, se consigue un alargamiento adecuado y una resistencia a la tracción superior a 1.600 MPa, la mayor resistencia específica de cualquier metal impreso en 3D hasta la fecha. Este trabajo allana el camino para la fabricación de materiales estructurales con microestructuras únicas y excelentes propiedades para amplias aplicaciones.»

Los investigadores esperan que los resultados de este trabajo conduzcan a una mejor comprensión de los principios de la ingeniería de fortalecimiento y dislocación en la metalurgia física. También observaron que al utilizar la impresión 3D con un simple tratamiento térmico, el coste del proceso se redujo significativamente en comparación con materiales de resistencia similar. Puede descargar el estudio completo AQUÍ.

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*Créditos de la foto de portada : Monash University

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