31 de octubre de 2023.- Science Daily publicó que el uso de láseres para «calentar y batir» el acero impreso en 3D podría ayudar a reducir costes, citando una investigación de la Universidad de Cambridge.
Señaló que los investigadores han desarrollado un nuevo método para imprimir metal en 3D que podría ayudar a reducir costes y hacer un uso más eficiente de los recursos.
El método, desarrollado por un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Cambridge, permite «programar» modificaciones estructurales en aleaciones metálicas durante la impresión 3D, ajustando sus propiedades sin el proceso de «calentamiento y batido» que se ha utilizado durante miles de años.
El nuevo método de impresión 3D combina las mejores cualidades de ambos mundos: las formas complejas que hace posible la impresión 3D y la capacidad de diseñar la estructura y propiedades de los metales que permiten los métodos tradicionales. Los resultados se publican en la revista Nature Communications .
La impresión 3D tiene varias ventajas sobre otros métodos de fabricación. Por ejemplo, es mucho más fácil producir formas intrincadas mediante la impresión 3D y utiliza mucho menos material que los métodos tradicionales de fabricación de metales, lo que lo convierte en un proceso más eficiente. Sin embargo, también tiene importantes inconvenientes.
«Hay muchas promesas en torno a la impresión 3D, pero todavía no se utiliza ampliamente en la industria, principalmente debido a los altos costos de producción», dijo el Dr. Matteo Seita del Departamento de Ingeniería de Cambridge, quien dirigió la investigación.
«Uno de los principales impulsores de estos costos es la cantidad de ajustes que los materiales necesitan después de la producción».
Desde la Edad del Bronce, las piezas metálicas se elaboran mediante un proceso de calentamiento y batido. Este enfoque, en el que el material se endurece con un martillo y se ablanda con el fuego, permite al fabricante darle al metal la forma deseada y al mismo tiempo impartir propiedades físicas como flexibilidad o resistencia.
«La razón por la que calentar y batir es tan eficaz es porque cambia la estructura interna del material, permitiendo controlar sus propiedades», dijo Seita.
«Por eso sigue en uso después de miles de años».
Una de las principales desventajas de las técnicas de impresión 3D actuales es la incapacidad de controlar la estructura interna de la misma manera, razón por la cual se requieren tantas modificaciones en la posproducción.
«Estamos tratando de encontrar formas de restaurar parte de esa capacidad de ingeniería estructural sin necesidad de calentar ni batir, lo que a su vez ayudaría a reducir costos», dijo Seita.
«Si puedes controlar las propiedades que deseas en los metales, puedes aprovechar los aspectos más ecológicos de la impresión 3D».
Trabajando con colegas en Singapur, Suiza, Finlandia y Australia, Seita desarrolló una nueva «receta» para metal impreso en 3D que permite un alto grado de control sobre la estructura interna del material mientras se funde con un láser.
Al controlar la forma en que el material se solidifica después de fundirse y la cantidad de calor que se genera durante el proceso, los investigadores pueden programar las propiedades del material final. Normalmente, los metales están diseñados para ser fuertes y resistentes, de modo que sean seguros de usar en aplicaciones estructurales. Los metales impresos en 3D son intrínsecamente fuertes, pero también quebradizos.
La estrategia que desarrollaron los investigadores brinda control total sobre la resistencia y la tenacidad, al desencadenar una reconfiguración controlada de la microestructura cuando la pieza metálica impresa en 3D se coloca en un horno a una temperatura relativamente baja.
Su método utiliza tecnologías de impresión 3D convencionales basadas en láser, pero con un pequeño ajuste en el proceso.
«Descubrimos que el láser se puede utilizar como un ‘martillo microscópico’ para endurecer el metal durante la impresión 3D», dijo Seita.
«Sin embargo, fundir el metal por segunda vez con el mismo láser relaja la estructura del metal, permitiendo que se produzca la reconfiguración estructural cuando la pieza se coloca en el horno».
Su acero impreso en 3D, que fue diseñado teóricamente y validado experimentalmente, se fabricó con regiones alternas de material fuerte y resistente, lo que hace que su rendimiento sea comparable al del acero fabricado mediante calentamiento y batido.
«Creemos que este método podría ayudar a reducir los costes de la impresión 3D en metal, lo que a su vez podría mejorar la sostenibilidad de la industria de fabricación de metales», afirmó Seita.
«En un futuro próximo, también esperamos poder evitar el tratamiento a baja temperatura en el horno, reduciendo aún más el número de pasos necesarios antes de utilizar piezas impresas en 3D en aplicaciones de ingeniería».
El equipo incluyó investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR), el Instituto Paul Scherrer, el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia y la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear. Matteo Seita es miembro del St John’s College de Cambridge.
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