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¿Cómo se fracturan los metales en la fabricación aditiva?

Publicado el septiembre 30, 2020 por Alicia M.

Un equipo de investigación en la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), han publicado un estudio que analiza la fractura de los metales que han sido impresos en 3D. La tecnología de fabricación aditiva de metal se lleva utilizando desde los años 80 con el objetivo de desarrollar piezas para multitud de sectores industriales. Se trata de un método de producción avanzado que permite crear piezas metálicas complejas a un precio relativamente bajo en comparación con las técnicas tradicionales. Sin embargo, debido al proceso de fabricación, los materiales suelen contar con poros minúsculos en su interior, que pueden llegar a crecer cuando se aplica una carga. 

La investigación ha analizado lo que sucede con estos “microvacíos” al aplicarse una carga, y entender así cómo ocurre la fractura de estos metales dúctiles (capaces de absorber energía). Los avances en este sector de aplicación están mejorando el conocimiento de los materiales, en concreto los metales, utilizados en la fabricación aditiva. Además, permitirá diseñar y producir piezas y componentes mucho más resistentes en este campo. Estos metales dúctiles pueden ser utilizados en procesos donde la absorción de energía es importante, como es el caso de la industria aeronáutica, automovilística o incluso la sector biomédico.

Reconstrucción de la tomografía de una aleación de aluminio fabricada con impresión 3D (microvacíos en color naranja). | Créditos: UC3M

La investigación se llevó a cabo por el grupo Nonlinear Solid Mechanics del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M. Guadalupe Vadillo, una de las principales autoras del estudio, explica: “La mayoría de los elementos estructurales de los automóviles, por ejemplo, están fabricados con metales dúctiles para ser capaces de absorber energía en un posible choque, lo que mejora la seguridad en los accidentes de tráfico. Por tanto, conocer y predecir la fractura de materiales dúctiles, equivale a optimizar el diseño de las estructuras de absorción de energía frente a impacto en sectores industriales críticos”.

Este estudio fue publicado recientemente en la revista International Journal of Plasticity, y en él se han identificado dos mecanismos que producen el fallo en el material impreso. El primero es la aparición y crecimiento de microporos, los cuales ablandan el metal hasta que se rompe. El segundo consiste en la coalescencia, es decir, la unión e interacción entre microporos en el interior del material, acelerando la fractura del mismo. Vadillo concluye: “Lo que hemos identificado en este trabajo es cómo, dependiendo de la viscosidad del material (lo rápido que se deforme ante carga), de la velocidad de carga aplicada sobre el material y del camino de carga (la dirección y otros factores), los microvacíos o microporos intrínsecos del material crecen, decrecen e interaccionan entre ellos acelerando o retrasando la fractura de dicho material”.

Sin duda alguna, supone un gran avance en el desarrollo de metales para este campo. El proyecto de investigación europeo del programa Horizonte 2020 (GA777896), está liderado por la UC3M y participan en él 8 instituciones (4 europeas y 4 americanas) con el objeto de compartir conocimiento para entender el efecto de la anisotropía y la porosidad en el comportamiento a fallo de estructuras ligeras.

(Fuente: UC3M)

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