Investigadores del Instituto de Investigación de Materiales y del Centro de Incubación para la Creación de Nuevas Industrias de la Universidad de Tohoku han logrado un gran avance en una técnica de impresión 3D multimaterial, demostrando el proceso de creación de una pieza de automóvil liviana pero duradera.
El proceso de impresión 3D de metales consiste en construir metales depositándolos capa por capa y uniéndolos mediante calor. La precisión de la impresión 3D permite la creación de formas únicas y altamente personalizadas que a menudo generan menos subproductos desperdiciados que los métodos de fabricación tradicionales. Mediante la impresión 3D también se pueden crear “estructuras multimateriales” que combinan estratégicamente diferentes materiales para optimizar el rendimiento de un componente. Por ejemplo, las piezas de acero de los automóviles pueden aligerarse combinándolas con aluminio. Debido a estas ventajas, el dominio de estas técnicas de impresión 3D está atrayendo considerable atención por parte de los investigadores.
Sin embargo, esta técnica presenta algunos desafíos.
“Los multimateriales son un tema candente en el campo de la fabricación aditiva debido a la flexibilidad de sus procesos”, explica el profesor asociado Kenta Yamanaka (Universidad de Tohoku). “Sin embargo, un desafío importante en la implementación práctica es que determinadas combinaciones de metales, como el acero, son posibles. y aluminio, se pueden formar compuestos intermetálicos frágiles en interfaces metálicas diferentes. Así, aunque el material ahora es más ligero, es más quebradizo”.
El objetivo de este estudio fue desarrollar una aleación de acero y aluminio que fuera liviana pero que no comprometiera su resistencia. Para ello, el equipo de investigación utilizó la fusión láser de lecho de polvo (L-PBF), una de las principales tecnologías de impresión 3D de metal que utiliza un láser para fundir selectivamente polvos metálicos. Descubrieron que aumentar la velocidad del escaneo láser suprimía significativamente la formación de compuestos intermetálicos frágiles (como Al5Fe2 y Al13Fe4). Propusieron que esta alta velocidad de escaneo conduce a algo llamado solidificación sin equilibrio, que reduce la distribución de solutos y genera puntos débiles en el material. Los productos resultantes exhibieron fuertes interfaces de unión.
“En otras palabras, no se pueden simplemente juntar dos metales y esperar que se peguen sin planificación”, dice el profesor asistente especialmente designado Seung-Kyun-Yim (Universidad de Tohoku). Antes de que fuera necesario comprender completamente el mecanismo de aleación in situ. “
Sobre la base de este éxito, crearon con éxito el prototipo del primer componente multimaterial automotriz a gran escala (torre de suspensión) del mundo con geometría optimizada. El grupo de investigación planea aplicar estos hallazgos a otros compuestos metálicos donde problemas similares de unión requieren mejoras, lo que permitirá aplicaciones más amplias.
Los resultados fueron publicados. Fabricación aditiva El 19 de noviembre de 2024.
