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3D Thin-Walled Ceramic and Ceramic-Metal Components using Electrolytic Plasma Processing

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Una técnica de plasma produce componentes tridimensionales flexibles

Una técnica pionera puede producir un material que combina la ligereza y estabilidad de la cerámica con la resistencia del metal. Esto podría beneficiar a los sectores en que los componentes deben funcionar en condiciones extremas, como el transporte aéreo y la medicina.

Investigación fundamental

Los plasmas tecnológicos son gases que contienen partículas con carga eléctrica. Esta característica contribuye a la producción de reacciones químicas. Como resultado, estos plasmas suelen emplearse para limpiar, grabar o modificar las superficies de los materiales. «Queríamos llevar este método al siguiente nivel», explica Allan Matthews, coordinador del proyecto 3D Cer-Met y catedrático de ingeniería de superficies y tribología en la Universidad de Manchester (Reino Unido). «El objetivo de este proyecto era usar plasmas para convertir metales de pared delgada, como el papel de aluminio, en fases cerámicas. En la práctica, esto quiere decir que se crean componentes tridimensionales de pared delgada que se comportan principalmente como la cerámica, ya que son ligeros y químicamente estables. No obstante, conservan la resistencia de un núcleo metálico». Matthews estaba seguro de que este método podría abrir las puertas al desarrollo de productos nuevos y tan variados como los dispositivos sanitarios o las piezas para aviones y vehículos.

Componentes tridimensionales flexibles

El proyecto 3D Cer-Met se puso en marcha en enero de 2019 para investigar cómo se podría conseguir este proceso. Se basa en el trabajo fundamental llevado a cabo durante el proyecto IMPUNEP, financiado por el CEI, que se centró en estudiar y usar procesos basados en plasma. «Este proyecto permitió llevar esta investigación a la siguiente etapa», comenta Matthews. «Necesitábamos aprender a controlar el proceso para que la tasa de crecimiento de la nueva fase cerámica fuese uniforme en una superficie compleja en tres dimensiones». Esto no se habría conseguido sin una comprensión profunda de las características específicas de la conversión de metales en cerámica. Para ello, el equipo de investigación tuvo que desarrollar nuevos métodos de investigación. «Este trabajo nos permitió demostrar la viabilidad de nuestro planteamiento», señala Matthews. «Creamos prototipos de compuestos metal-cerámicos complejos y de pared delgada a escala de laboratorio. Asimismo, comprendimos cómo ampliar el proceso y transferir esta información a formas y materiales de sustrato nuevos». El resultado final es que el equipo consiguió demostrar que era posible crear capas cerámicas uniformes en las superficies de sustratos metálicos complejos.

Nuevas posibilidades de ingeniería

La principal ventaja del método de 3D Cer-Met es que ofrece la posibilidad de crear estructuras de pared delgada con formas complejas. Estos componentes son altamente resistentes a ataques de compuestos ácidos agresivos y extremadamente tolerantes a temperaturas altas y bajas. «Esto no habría sido posible empleando las técnicas de procesamiento cerámico convencionales», añade Matthews. Ahora, los conocimientos adquiridos gracias al proyecto 3D Cer-Met se aplicarán para ampliar la tecnología. «Este proceso beneficiará enormemente a los sectores manufactureros interesados en producir y usar componentes cerámicos y metal-cerámicos con unas prestaciones estructurales y funcionales mejoradas», explica Matthews. «En estos momentos estamos buscando colaboraciones con socios industriales que estén dispuestos a poner en práctica estos desarrollos tecnológicos». Matthews cree que el siguiente paso lógico sería investigar no solo la ampliación de la tecnología, sino su versatilidad. Esto implicaría aplicar la tecnología a piezas más grandes, así como otros sustratos metálicos. «También podemos ver el potencial de la digitalización de esta tecnología de fabricación», añade. «El trabajo que hemos realizado, incluidos el control digital y la modelización numérica del proceso, sienta unas bases sólidas para estas actividades». En última instancia, Matthews está seguro de que este método de fabricación innovador será un recurso útil en una cartera de futuras tecnologías de fabricación, lo que ofrece una solución respetuosa con el medio ambiente y que utiliza eficientemente los recursos.

Palabras clave

3D Cer-Met, cerámica, metal, plasmas, aluminio, compuesto, sustratos

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