Sentir el calor

La capacidad de producir geometrías complejas y características internas lleva a muchos a creer que la fabricación aditiva cambiará la naturaleza de la fabricación avanzada. Pero a medida que la industria se mueve de únicamente la creación de prototipos a la producción de piezas listas para usar, se necesitan abordar bastantes desafíos.

La fabricación aditiva (AM) se remonta a la década de los ochenta cuando salió al mercado el primer software de gráficos por ordenador y se pudo crear modelos 3D en el ordenador. Los científicos e inventores encontraron una manera de convertir los modelos en realidad; y así nació la impresión 3D. La solución se mantuvo igual durante casi 40años: Un objeto se construye capa por capa y se usa un material fundido.

Durante muchos años, la impresión 3D fue principalmente una forma rápida de producir prototipos de polímero. En las últimas dos décadas, sin embargo, se han desarrollado varios procesos de fabricación aditivaa base de metal y son ampliamente accesibles para la producción de componentes de mayor volumen.

La fabricación aditiva ofrece muchas ventajas únicas, como una libertad de diseño sin igual, tiempos de entrega cortos desde el diseño hasta la pieza terminada y la posibilidad de reducir al mínimo el desperdicio de material. Los componentes que ni siquiera hubieran sido posibles hace unos años, ahora se pueden fabricar con altos estándares utilizando una gran variedad de polvos metálicos.

Mayor demanda de calidad

Todd Palmer, professor of engineering science and mechanics and materials science and engineering at Pennsylvania State University, United States.Sin embargo, el cambio hacia la producción de piezas metálicas listas para usar presenta nuevos desafíos para la industria de fabricación aditiva, indica Todd Palmer, profesor de ciencias de la ingeniería y ciencias mecánicas y de los materiales e ingeniería en la Universidad Estatal de Pensilvania en los Estados Unidos.

«La evolución de la creación de prototipos a la producción aumenta la demanda de calidad y los requisitos en la producción de piezas en varios órdenes de magnitud», afirma Palmer. «Es un desafío hacer algo de la misma manera una y otra vez. Con el proceso de AM y la complejidad de la metodología de construcción capa por capa, las ventanas de procesamiento serán mucho más pequeñas que las que se usan en los procesos forjados más tradicionales. Estas ventanas más pequeñas y condiciones de ciclos térmicos más rápidos crearán problemas importantes de calidad, especialmente a medida que aumentan los volúmenes de productos».

Para obtener la misma calidad de pieza que en los procesos de fabricación aditiva tradicionales y sustractivos, es necesario un tratamiento térmico posterior al proceso, independientemente del método de fabricación aditiva.

«La necesidad de tratamiento térmico está relacionada principalmente a los materiales, y las aleaciones utilizadas en la fabricación aditiva en metal requieren algún tipo de tratamiento térmico posterior al proceso», según Palmer. «Si no se utiliza, no hay forma de que el material logre la microestructura y las propiedades deseadas».

Repetibilidad posible con tratamiento térmico

«Desde el punto de vista de calidad, el papel del tratamiento térmico se puede vincular a la repetibilidad del proceso y a una menor dispersión de datos», indica Palmer. «Los rangos de propiedades concretos son atractivos para los diseñadores, ya que su nivel de certeza aumenta, y los factores de seguridad necesarios para las propiedades del material se pueden reducir con mayor confianza».

La repetibilidad de piezas de alta calidad es esencial si alguna vez se va a utilizar AM para producirgrandes volúmenes y componentes de mayor dimensión, señala. «La fabricación aditiva se desarrolló al principio como una herramienta de creación de prototipos y para piezas personalizadas y de bajo volumen. La producción a gran escala es todavía algo nuevo. Será un desafío mantener un alto nivel de calidad».

Palmer afirma que se está dedicando mucho tiempo a la detección y monitoreo de procesos y al desarrollo de herramientas para intentar detectar defectos que se forman en las producciones. Sin embargo, para que se note un uso más extendido de AM, Palmer sostiene que se debe prestar más atención a la investigación de materiales.

«Los materiales deberían estar más a la vanguardia de lo que son», menciona. «Hoy utilizamos las mismas aleaciones para AM que para los procesos forjados. El problema es que fundimos estas aleaciones con láseres y esperamos que se comporten de la misma manera. No lo hacen. En el proceso aditivo se produce simultáneamente el material y el componente. Esto crea una relación más simbiótica entre el diseño, el procesamiento, la estructura y las propiedades del material resultante que en los sistemas forjados más tradicionales».

Palmer asegura que el camino a seguir es establecer enfoques de diseño integrados que permitan a los diseñadores considerar tanto los materiales como los parámetros de proceso como variables que pueden configurarse para un diseño de componentes óptimo.

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