25 de junio de 2026.- Una fina grieta atraviesa la placa de acero. A medida que el brazo robótico se desplaza sobre el punto débil, crea no solo una soldadura, sino un refuerzo metálico tridimensional. Esto es posible gracias a un proceso llamado Fabricación Aditiva por Arco de Alambre (WAAM). En este proceso, un alambre de soldadura se «imprime» capa por capa sobre las áreas defectuosas mediante un arco eléctrico.
A diferencia de la soldadura tradicional, la impresión 3D de metales no solo une componentes, sino que también permite refuerzos con geometrías personalizadas y una producción optimizada. Esto posibilita reforzar las zonas dañadas de forma localizada y eficaz sin necesidad de sustituir el componente defectuoso por completo. Los investigadores de Empa pretenden utilizar este proceso para reparar grietas en puentes y estructuras metálicas, ya que los componentes de acero instalados de forma permanente suelen ser difíciles o muy costosos de reemplazar.
La geometría es clave, no la cantidad de material.
«La clave no reside en aplicar la mayor cantidad de material posible», explica Hossein Heydarinouri, del laboratorio de Ingeniería Estructural de Empa. «La forma es mucho más importante: una geometría optimizada distribuye las tensiones de tal manera que la propagación de las grietas existentes se detiene o se ralentiza significativamente». Por ejemplo, investigadores de Empa y la ETH Zúrich lograron prolongar la vida útil de las placas de acero dañadas estudiadas hasta cuatro veces como parte de un proyecto de tesis de máster.
En extensas pruebas realizadas en la nave de construcción de Empa, se reforzaron placas de acero agrietadas con elementos metálicos de diversas formas y se sometieron a cargas repetidas. Los resultados son concluyentes: todas las muestras reforzadas mostraron una vida útil a la fatiga significativamente mayor que las placas de control sin reparar. Las geometrías de refuerzo escalonadas de dos capas demostraron ser particularmente efectivas.
Al mismo tiempo, el estudio también pone de relieve las limitaciones de este enfoque. Si la geometría se elige incorrectamente, pueden surgir nuevas concentraciones de tensión, por ejemplo, en las interfaces entre el material base y el metal impreso. «Nuestros resultados demuestran la importancia de un diseño preciso de la estructura de refuerzo», afirma Heydarinouri.
Obstáculos prácticos para la aplicación in situ
Las grietas por fatiga son uno de los tipos de daños más comunes en las estructuras de acero, y el refuerzo localizado resulta mucho más eficiente que la sustitución completa del componente dañado. «Mediante la impresión 3D, podemos aplicar refuerzos metálicos exactamente donde se necesitan estructuralmente», afirma Heydarinouri. «Las reparaciones ahorran material, energía y costes».
A pesar de su gran potencial, el camino hacia la aplicación práctica sigue siendo complejo. La impresión 3D de metal se implementa actualmente mediante sistemas robóticos industriales difíciles de transportar. «Los componentes dañados suelen estar instalados dentro de la estructura», explica Heydarinouri. «Hoy en día, habría que llevarlos a un taller para su reparación, lo cual no siempre es viable en la práctica». Si bien existen enfoques iniciales para sistemas robóticos móviles o portátiles, se necesitan más avances para su uso generalizado in situ. No obstante, el equipo de investigación ve ventajas en aplicaciones donde los componentes son fácilmente accesibles o pueden retirarse durante las tareas de mantenimiento.
Desde la reparación hasta el diseño estructural inteligente.
Además de reparar componentes dañados, el equipo liderado por el investigador de Empa, Heydarinouri, también trabaja en conceptos más avanzados. La combinación de geometrías inteligentes, impresión 3D de metal y nuevos materiales permite crear estructuras metálicas que se deforman deliberadamente bajo cargas extremas, absorbiendo energía en el proceso y recuperando su forma original en la medida de lo posible, o al menos evitando daños permanentes. En el futuro, podrían utilizarse como elementos de amortiguación metálica para terremotos o vibraciones, por ejemplo, en puentes, edificios o instalaciones técnicas. Además, el investigador de Empa ve potencial en la ingeniería mecánica, por ejemplo, para componentes ligeros pero sometidos a altas tensiones en maquinaria de producción. WAAM resulta especialmente útil cuando se requieren pocos componentes con geometría optimizada. «La impresión 3D nos brinda una enorme libertad geométrica», afirma Heydarinouri. «Podemos optimizar las estructuras de forma específica, por ejemplo, para reducir el peso manteniendo o incluso optimizando la capacidad de carga».
Además, Maryam Mohri, científica de materiales de Empa, investiga cómo se pueden utilizar las aleaciones con memoria de forma (AMF) para mejorar específicamente las propiedades de los materiales. Estos materiales «inteligentes» tienen la capacidad de recuperar su forma original tras ser deformados, por ejemplo, mediante calentamiento. De este modo, se pueden combinar propiedades mejoradas con geometrías personalizadas, lo que abre nuevas posibilidades para componentes metálicos adaptables y con un uso eficiente de los materiales. Las geometrías correspondientes se desarrollan en Empa mediante simulaciones numéricas y posteriormente se prueban experimentalmente. De esta forma, los investigadores garantizan que los componentes impresos cumplan con condiciones reales y sean aptos para aplicaciones industriales.
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