Un nuevo proceso ayuda al 3D

Si bien la tecnología de impresión 3D permite producir piezas metálicas complejas de manera eficiente, dichos elementos a menudo se deforman cuando se les aplica tensión y se calientan. Sin embargo, es posible que pronto ese ya no sea el caso, gracias a una nueva técnica desarrollada en el MIT.

El problema con los componentes metálicos impresos en 3D existentes radica en un fenómeno conocido como "fluencia", en el que la tensión mecánica persistente y el alto calor hacen que los metales se deformen permanentemente. Es particularmente probable que se produzca fluencia cuando el metal está formado por granos finos, como es el caso del metal impreso en 3D.

Dirigido por el profesor Zachary Cordero, un equipo del MIT ha desarrollado un proceso de tratamiento térmico que hace que esos granos sean más grandes y, por tanto, menos susceptibles a la fluencia. Es una variación de una técnica existente conocida como recristalización direccional.

En pruebas de laboratorio, inicialmente se colocaron varillas de aleación de níquel impresas en 3D en un baño de agua a temperatura ambiente directamente debajo de una bobina de inducción, y luego se arrastraron lentamente hacia arriba a través de la bobina a varias velocidades. Al hacerlo, se calentó parte de cada varilla a temperaturas que oscilaban entre 1200 ºC y 1245 ºC (2192 ºF a 2273 ºF), produciendo un gradiente térmico pronunciado dentro del metal, entre la bobina y el agua.

Ese gradiente, a su vez, provocó que los granos microscópicos del metal se transformaran en granos "columnares" mucho más grandes. Como su palabra lo indica, los nuevos granos tomaron la forma de columnas, que estaban alineadas con el eje de mayor tensión dentro del metal.

En el caso de las varillas, se descubrió que el efecto óptimo se producía a una temperatura de 1.235 ºC (2.255 ºF) y una velocidad de extracción de 2,5 mm por hora; los científicos están trabajando para aumentar esa velocidad. No hace falta decir que otras combinaciones probablemente funcionarían mejor con otros metales. De hecho, dependiendo del uso previsto de la pieza impresa en 3D, la estructura del grano se podría variar dentro de un solo artículo, cambiando la temperatura y la velocidad a medida que se trataba.

Los planes ahora exigen que la tecnología se pruebe en estructuras que se asemejan a las palas de turbinas de gas o motores a reacción, que deben soportar tensiones mecánicas continuas y altas temperaturas. Si realmente demuestran ser menos propensos a la fluencia, esto podría allanar el camino para diseños mejores y más eficientes.

"Las nuevas geometrías de palas y paletas permitirán turbinas de gas terrestres más eficientes energéticamente, así como, eventualmente, motores aeronáuticos", dijo Cordero. "Desde una perspectiva básica, esto podría conducir a menores emisiones de dióxido de carbono, simplemente mediante una mayor eficiencia de estos dispositivos".

Recientemente se publicó un artículo sobre la investigación en la revista Additive Manufacturing.

Fuente: MIT