Las innovadoras uniones multimetal abren nuevas posibilidades para la impresión tridimensional
La fabricación aditiva metálica, conocida comúnmente como impresión tridimensional, siempre se ha enfrentado a un reto persistente. Por lo general, se basa en un único material de principio a fin. Aunque los materiales homogéneos funcionan bien para piezas básicas, a menudo no satisfacen exigencias complejas, como equilibrar una resistencia extrema al calor, la flexibilidad y la resistencia, todo ello en un único componente. Muchas aleaciones de alto rendimiento son propensas a agrietarse durante la impresión debido a las tensiones térmicas inducidas por el proceso. Este problema se agrava si se combinan dos o más materiales en un mismo componente mediante fabricación aditiva. En consecuencia, los materiales múltiples para la fabricación aditiva se desarrollaron mediante un costoso proceso de ensayo y error. No existían herramientas de diseño, ni normas de homologación, ni forma alguna de reciclar los polvos metálicos mezclados. Esta necesidad era especialmente evidente en los sectores de la automoción, la industria aeroespacial y la energía, donde las exigencias de ligereza, rendimiento y eficiencia crecen a un ritmo que los componentes de fabricación aditiva monomaterial no pueden seguir.
Avances en la fabricación aditiva multimaterial
El proyecto MADE-3D(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, abordó esta cuestión mediante el desarrollo de procesos de producción eficientes, sostenibles y flexibles que satisfacen la creciente demanda de componentes complejos con propiedades específicas. El equipo del proyecto creó un conjunto de novedosas uniones multimateriales que se sometieron a pruebas y se demostraron en entornos industriales reales. En vez de basarse en el método de prueba y error, estas uniones se crean mediante modelización computacional avanzada y aprendizaje automático. Por primera vez en el mundo, MADE-3D ha impreso con éxito en tres dimensiones juntas de níquel-titanio como solución ligera para toberas de cohetes, capaces de soportar calor extremo sin perder su resistencia estructural. Los investigadores lograron fusionar Inconel 718 y Ti6Al4V —dos metales aeroespaciales de alta tecnología— sin defectos. La combinación de materiales se probó y validó con éxito utilizando componentes a tamaño real en condiciones reales. «Esta combinación se encuentra entre las más propensas a las grietas en la fabricación aditiva, y el resultado se considera una novedad científica», comenta el coordinador del proyecto, Dennis Lehnert, investigador asociado de la Universidad de Paderborn, en Alemania. «Se ha logrado una reducción de peso de alrededor del 40 % en comparación con una tobera de un solo material, lo que supone un hito significativo». El peso marca la diferencia. En el sector aeroespacial y aeronáutico, determina la cantidad de combustible que se consume y las emisiones que se generan. En aviación, los componentes más ligeros de los motores y los sistemas de propulsión reducen el consumo de combustible en cada vuelo, lo que se traduce en un ahorro significativo de CO2 a lo largo de las décadas de vida útil de una aeronave.
En consonancia con los objetivos de sostenibilidad y resiliencia de la Unión Europea
Las innovaciones tecnológicas mejoran el rendimiento, la fiabilidad y la sostenibilidad de la fabricación aditiva, lo que las hace más atractivas para la industria. La competitividad europea recibe un importante impulso gracias a componentes más ligeros, resistentes y eficientes que reducen el desperdicio de material y disminuyen el impacto medioambiental de la fabricación. «MADE-3D demuestra que la fabricación aditiva multimaterial puede contribuir directamente a la descarbonización del transporte aéreo y espacial», añade Lehnert. Con este fin, respalda la iniciativa Pacto Verde Europeo y objetivos de economía circular(se abrirá en una nueva ventana) haciendo hincapié en el reciclaje y la sostenibilidad. El proyecto también establece nuevos estándares en la fabricación digital, lo que sitúa a la Unión Europea como líder mundial en fabricación aditiva. «MADE-3D ha transformado la impresión tridimensional metálica multimaterial, pasando de un enfoque experimental basado en el método de prueba y error a una disciplina de ingeniería predictiva», concluye Lehnert. «Ha creado un marco integral que guía el desarrollo de nuevos materiales y componentes, desde el diseño computacional de aleaciones y la optimización de procesos hasta las directrices de diseño, la homologación y el reciclaje, lo cual permite que las futuras aplicaciones multimateriales se hagan realidad de forma más rápida, fiable y con menos esfuerzo experimental».
