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La tecnología de fundición por haz de electrones emprende el vuelo

Arcam EBM, el único fabricante de máquinas de fundición por haz de electrones (EBM por sus siglas en inglés) para la producción industrial, está perfeccionando la tecnología para aplicaciones aeroespaciales. La EBM es la última adición al conjunto de tecnologías de impresión 3D y promete producir piezas metálicas más ligeras, pero complejas, en grandes cantidades y sin perder resistencia.

Tecnologías industriales

El sector aeroespacial ha sido uno de los primeros defensores de la impresión metálica 3D. En menos de una década, la tecnología se ha convertido en una parte integral del proceso de producción. Las aleaciones metálicas impresas en 3D pueden soportar altas velocidades y ambientes con altas temperaturas, optimizando a la vez la relación resistencia-peso del avión. Hasta el momento, la impresión 3D de metales en la industria aeroespacial estaba asociada principalmente a la fundición selectiva por láser, pero están entrando en escena alternativas más prometedoras, como la EBM. Arcam EBM, proveedor de soluciones de fabricación por adición de metales es conocido por su innovadora tecnología de EBM: ofrece libertad de diseño, excelentes propiedades de los materiales y opciones de apilado. Con financiación de la UE a través del proyecto EBMPerform, la empresa sueca está revisando las fuentes de haces de electrones y mejorando el software de impresión 3D de sus máquinas de EBM para adaptarse mejor a las necesidades del mercado aeroespacial. El objetivo último es fabricar en serie piezas metálicas impresas en 3D que sean fiables y puedan soportar tanto temperaturas como presiones muy elevadas.

La diferencia de la EBM: mantener las altas temperaturas

En el proceso patentado por Arcam, los componentes metálicos se acumulan capa a capa a partir de polvos metálicos que se funden mediante un potente haz de electrones siguiendo las especificaciones exactas de un modelo de diseño asistido por ordenador. El haz de electrones se manipula mediante bobinas electromagnéticas que ofrecen un control del haz extremadamente rápido y preciso; así, se pueden mantener de forma simultánea diversas cubetas de fundición (hasta 70) sin que afecte a la precisión ni al acabado de la superficie. El proceso se lleva a cabo al vacío a temperaturas elevadas, lo que permite obtener piezas sin tensión con unas propiedades metálicas superiores a la fundición y equiparables a los metales forjados. Para cada capa de la pieza, el haz calienta todo el lecho de polvo a una temperatura óptima y específica para el material empleado, de modo que los ingenieros pueden fabricar piezas densas sin huecos. Además, evita tener que utilizar métodos de procesamiento posterior, como el tratamiento térmico, que influyen considerablemente en los costes totales de producción. «Un rasgo característico de nuestra tecnología de EBM mejorada será la capacidad de mantener el conjunto entero a temperaturas muy elevadas, superiores a 1 000 °C, para aplicaciones exigentes como es el caso del sector aeroespacial», comenta el doctor Anders Snis, responsable del grupo de investigación que desarrolla los nuevos materiales y estrategias de procesamiento. «Actualmente estamos trabajando en modelos mejorados para controlar el proceso de fundición y modelos térmicos también mejorados para gestionar la distribución del calor en el conjunto. En última instancia nos ayudarán a producir piezas impresas en 3D más complejas». La fabricación a temperaturas superiores a 1 000 °C abre la puerta a oportunidades únicas de imprimir en 3D piezas de aeronaves basadas en materiales propensos a las grietas. «Por ejemplo, los ingenieros aeronáuticos son capaces de fabricar por adición álabes de motores de aviones a reacción con aluminuro de titanio (TiAl) y otras aleaciones de alta calidad. Aunque sean propensos al agrietamiento, estos materiales destacan por su fuerza y su resistencia al calor», añade el doctor Snis. A fecha de 2019, la EBM es la única solución comercial de fabricación por adición para la producción de piezas ligeras de TiAl.

Resultados previstos

Los investigadores están trabajando en diversos frentes para optimizar la tecnología de EBM: nuevos tipos de fuentes de haces de electrones, una calibración automática de alta precisión, plataformas de software nuevas o mejoradas y estructuras electrónicas para un control eficiente y preciso de los haces de electrones. En lo relativo al equipo físico, se prevé que los nuevos sistemas sean más robustos, duren más tiempo y logren producir componentes a partir de diferentes materiales. La tecnología de EBM mejorada será realmente beneficiosa para aplicaciones exigentes como las piezas aeroespaciales estructurales y los álabes, que deben cumplir los requisitos de materiales más estrictos.

Palabras clave

EBMPerform, metal, aeroespacial, impresión 3D, altas temperaturas, Arcam EBM, fabricación por adición, álabe, aluminuro de titanio (TiAl)

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