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CEIT y su perspectiva de la pulvimetalurgia en la industria 3D

Publicado el enero 19, 2021 por Alicia M.

CEIT es un centro de investigación sin ánimo de lucro, dedicado al desarrollo de proyectos industriales de investigación aplicada. Se creó por una iniciativa de la Universidad de Navarra en 1982, y actualmente trabaja en estrecha colaboración con los departamentos de I+D de las empresas más importantes del sector. Con todos sus años de experiencia, el centro cuenta con soluciones de fabricación aditiva para diferentes líneas de investigación, aunque la mayoría se centran en los polvos de metales y sus métodos de producción. Quisimos conocer más sobre la actividad de Ceit y sus últimos proyectos industriales, como la planta piloto de atomización. Para ello, nos reunimos con un miembro del equipo de Ceit, Iñigo Iturriza.

¿Podrías presentarte y contar tu relación con la impresión 3D?

Hola, mi nombre es Iñigo Iturriza y soy el director de la División de Materiales y Fabricación del centro tecnológico Ceit-BRTA. Mi relación con la Fabricación Aditiva (FA) surge como una extensión natural de la actividad que comencé en Ceit en 1985 al integrarme en el grupo de consolidación de polvos metálicos y cerámicos que se formó en dicho año. Mis primeros contactos con la impresión 3D se dieron en 2005 de la mano del Prototipado Rápido, analizando la microestructura de componentes impresos en por LPBF. Unos años más tarde en Ceit comenzamos a tener proyectos sobre impresión 3D en los que aportábamos nuestros conocimientos en atomización de polvo, caracterización microestructural y mecánica, post-procesamiento, hasta que en 2016 codirigí el grupo de Fabricación Aditiva y Láser. Desde entonces Ceit se ha esforzado en ser útil a las empresas mediante el desarrollo de proyectos de investigación en los que podemos intervenir en toda la cadena de valor de la impresión 3D con polvo metálico.

Iñigo Iturriza, director de la División de Materiales y Fabricación.

¿Nos explicarías más sobre la actividad de Ceit? ¿En qué momento comenzó a integrar la fabricación aditiva en sus proyectos?

Tal y como he comentado en el apartado anterior, en 2016 se crea en Ceit el grupo de Fabricación Aditiva y Láser. Este grupo se junta en 2018 con el de Consolidación de Polvos y da lugar al grupo de Fabricación Avanzada en Pulvimetalurgia y Láser. Un grupo que en la actualidad está formado por 54 personas de las que 24 son doctores. Con anterioridad, el primer proyecto de entidad en FA comienza en 2014 con un proyecto del programa Cien de CDTI en el que participaban un conjunto de grandes empresas y pymes interesadas en la investigación y desarrollo de nuevos métodos de FA de elevada productividad. La oferta de Ceit en Fabricación Aditiva cubre toda la cadena de valor, desde la producción de polvo mediante atomización con gas hasta la caracterización de los componentes tras su post-procesamiento y acabado.

Así Ceit tiene capacidades de selección de componentes imprimibles, diseño, optimización topológica, pre-procesamiento, impresión mediante Deposición Directa de Energía (DED) y Binder Jetting, hornos para tratamientos térmicos, Prensado Isostático en Caliente (HIP), medios para la caracterización microestructural y mecánica avanzada, ensayos no destructivos … además colaboramos a la valorización de residuos mediante la producción de polvos con materia prima que son desechos de otros procesos y su utilización como materia prima en la FA. Como hito más reciente en la actividad del Ceit está la puesta en marcha de la Planta Piloto en Atomización, donde junto con un atomizador capaz de atomizar 3 kg de polvo por ciclo que ya disponíamos desde 2007 se ha incorporado un nuevo atomizador con gas con el que es posible conseguir hasta 200 kg de polvo por atomización. Ceit trabaja para sectores como el Aeronáutico, Médico, Automoción, Bienes de Equipo, Energía, Oil&Gas, Transporte, Espacio y materiales como las superaleaciones de Ni y Co, materiales magnéticos duros y blandos, aceros, aleaciones de Cu, metal duro, cermets, herramientas diamantadas, etc.

Ceit

¿Puedes contarnos un proyecto importante para el centro que utilice la tecnología 3D de metal? ¿Cuál es la importancia de los polvos metálicos en la fabricación aditiva?

Un ejemplo de proyecto puede ser CEFAM. Este es un proyecto liderado por Ceit en el que también intervienen Lortek-BRTA, FADA-Catec y Aidimme, que ha surgido como respuesta al programa Red Cevera de CDTI. En este proyecto, el objetivo es establecer una red de centros de excelencia que hagan frente a los retos más importantes de la FA, poniendo el foco en la transferencia a la industria del conocimiento generado por el consocio alrededor de la FA. Se está trabajando en el rediseño de productos para sortear las limitaciones actuales de la FA, el desarrollo de nuevos materiales con una ventana de procesamiento más amplia, desarrollaremos nuevos parámetros de proceso para materiales como aleaciones de aluminio, aleaciones base níquel de difícil soldabilidad, o materiales magnéticos, realizaremos modificaciones en máquinas de FA para mejorar sus prestaciones, aplicaremos técnicas de ensayos no destructivos para validar los desarrollos obtenidos y, además, abordaremos métodos de monitorización y control de procesos para asegurar la fiabilidad de los componentes obtenidos. De este modo, CEFAM contribuirá a acelerar la implantación de esta tecnología en las empresas.

El polvo metálico es la materia prima en la mayoría de las tecnologías de impresión de piezas metálicas y juega un papel muy importante en la calidad de las piezas que se imprimen. No es posible conseguir piezas de elevadas prestaciones si el polvo metálico tiene defectos como satélites que dificultan su fluidez, porosidad interna por gas atrapado que generará porosidad inducida en las piezas impresas, contenidos de oxígeno u otros elementos intersticiales que permanezcan en el material impreso o modifiquen la interacción por ejemplo entre el láser y el polvo. Además, la productividad, tolerancia y precisión de las piezas impresas también viene condicionada por la granulometría del polvo. La atomización con gas permite obtener distribuciones de tamaño de partícula con las que poder alimentar a las diferentes tecnologías de impresión.

Ceit

Piezas creadas con distintos métodos de fabricación aditiva | Créditos: CEIT

¿Podrías contar más sobre la planta piloto de atomización y su utilización para impresión 3D de metal?

La planta piloto de atomización es una infraestructura única en un centro tecnológico. No conocemos ningún centro tecnológico en Europa que disponga de unas instalaciones como la planta piloto. En ella coexisten un atomizador híbrido capaz de atomizar con gas o con agua lotes de aproximadamente 3 kg por cada ciclo de atomización, con un atomizador de gas capaz de atomizar hasta 200-250 kg de polvo (según el material). Además, la planta piloto tiene un sistema de manipulación del polvo que evita el contacto de éste con la atmósfera hasta su empaquetado y un laboratorio que permite estudiar el proceso de atomización.

Esta nueva infraestructura surge por la misión de Ceit de servir a la industria y la necesidad de ésta de disponer materia prima (polvo) con la que poder introducir la FA en sus procesos productivos. Queremos garantizar que las empresas van a tener polvo suficiente para validar sus desarrollos hasta TRL 8-9. Para ello, hacen falta lotes de polvo más grandes de los que podríamos suministrar con el atomizador de 3 kg y además pretendemos ser flexibles produciendo polvos no estándar y aquellos polvos que los fabricantes no tengan en stock. Conviene aclarar que no somos un fabricante de polvo, si no un centro tecnológico con una gran capacidad de producir polvo e investigar sobre la atomización, por lo que no somos competencia de los fabricantes de polvo, si no que intentamos trabajar con ellos ayudándoles a mejorar la calidad de sus productos, lanzar nuevas calidades al mercado, aumentar su productividad.

También tenemos entre nuestros clientes otros centros tecnológicos y universidades que necesitan polvo en sus proyectos o que quieren desarrollar nuevas composiciones de polvo. Por supuesto, también los fabricantes de máquinas de impresión 3D son clientes potenciales de la Planta Piloto junto con los fabricantes de componentes.

¿Qué relevancia tiene la tecnología 3D en la industria manufacturera? ¿Qué ventajas ofrece para la pulvimetalurgia en Europa?

La tecnología 3D ha ido cobrando cada vez más relevancia en la industria manufacturera a medida que ha sido capaz de pasar del prototipado rápido a la producción. Para ello ha tenido que ir mejorando las prestaciones de los componentes impresos, incrementando la productividad (LPBF con múltiples láseres, Binder Jetting, WAAM). Ha tenido que ir cambiando también la forma de diseñar los componentes. Se piensa en digital, se diseña sabiendo que hay métodos productivos mucho más flexibles, se optimiza la cantidad de material que se utiliza en cada pieza, se dan soluciones personalizadas. La impresión 3D es un eslabón más en la industria 4.0 donde es muy fácil pasar de un CAD a una pieza final de forma rápida, flexible y eficiente.

Además la tecnología 3D a revitalizado la industria Pulvimetalúrgica europea, comenzando desde los productores de polvo (han aparecido nuevos fabricantes y los antiguos han incrementado su actividad), siguiendo por nuevos actores que fabrican impresoras (los principales son europeos), en algunos casos las piezas impresas deben ser sinterizadas en hornos (BJ), en otros hay que usar HIP como post-tratamiento, por lo que se han beneficiado tanto los constructores de hornos como los de prensas de HIP. Así mismo, la impresión 3D ha facilitado que se conozca la Pulvimetalurgia, por lo que nuevos clientes potenciales han descubierto que existe el prensado+sinterizado, el moldeo por inyección de polvo metálico facilitando su crecimiento.

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Imagen del atomizador | Créditos: CEIT

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