Durante milenios, los metalúrgicos han estado modificando meticulosamente los ingredientes del acero para mejorar sus propiedades. Como resultado, hoy existen varias variantes del acero; pero un tipo, llamado acero martensítico, se destaca de sus primos de acero por ser más fuerte y más costoso.efectivo para producir. Por lo tanto, los aceros martensíticos se prestan naturalmente a aplicaciones en las industrias aeroespacial, automotriz y de defensa, entre otras, donde las piezas livianas de alta resistencia deben fabricarse sin aumentar el costo.
Sin embargo, para estas y otras aplicaciones, los metales deben construirse en estructuras complejas con una pérdida mínima de resistencia y durabilidad. Los investigadores de la Universidad Texas A&M, en colaboración con científicos del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, han desarrollado directrices que permitenImpresión 3D de aceros martensíticos en objetos muy resistentes y sin defectos de casi cualquier forma.
"Los aceros fuertes y duros tienen aplicaciones tremendas, pero los más fuertes suelen ser caros, la única excepción son los aceros martensíticos que son relativamente económicos, cuestan menos de un dólar por libra", dijo el Dr. Ibrahim Karaman, Profesor Chevron I y directordel Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Hemos desarrollado un marco para que la impresión 3D de estos aceros duros sea posible en cualquier geometría deseada y el objeto final esté prácticamente libre de defectos".
Aunque el procedimiento desarrollado fue inicialmente para aceros martensíticos, los investigadores de Texas A&M dijeron que han hecho sus pautas lo suficientemente generales como para que la misma tubería de impresión 3D pueda usarse para construir objetos intrincados de otros metales y aleaciones también.
Los hallazgos del estudio se informaron en la edición de diciembre de la revista Acta Materialia .
Los aceros están hechos de hierro y una pequeña cantidad de otros elementos, incluido el carbono. Los aceros de martensita se forman cuando los aceros se calientan a temperaturas extremadamente altas y luego se enfrían rápidamente. El enfriamiento repentino confina anormalmente los átomos de carbono dentro de los cristales de hierro, dando al acero martensítico sufuerza de la firma.
Para tener diversas aplicaciones, los aceros martensíticos, particularmente un tipo llamado aceros martensíticos de baja aleación, deben ensamblarse en objetos de diferentes formas y tamaños dependiendo de una aplicación en particular. Es entonces cuando la fabricación aditiva, más comúnmente conocida como impresión 3D, proporcionauna solución práctica. Mediante esta tecnología, los elementos complejos se pueden construir capa por capa calentando y fundiendo una sola capa de polvo metálico a lo largo de un patrón con un rayo láser afilado. Cada una de estas capas unidas y apiladas crea el objeto final impreso en 3D.
Sin embargo, la impresión 3D de aceros martensíticos con láser puede introducir defectos no deseados en forma de poros dentro del material.
"Las porosidades son pequeños agujeros que pueden reducir drásticamente la resistencia del objeto final impreso en 3D, incluso si la materia prima utilizada para la impresión 3D es muy fuerte", dijo Karaman. "Para encontrar aplicaciones prácticas para el nuevo acero martensítico,necesitábamos volver al tablero de dibujo e investigar qué configuraciones de láser podrían prevenir estos defectos ".
Para sus experimentos, Karaman y el equipo de Texas A&M primero eligieron un modelo matemático existente inspirado en la soldadura para predecir cómo una sola capa de polvo de acero martensítico se fundiría para diferentes configuraciones de velocidad y potencia del láser. Al comparar el tipo y la cantidad de defectosobservaron en una sola pista de polvo derretido con las predicciones del modelo, pudieron cambiar ligeramente su marco existente para que las predicciones posteriores mejoraran.
Después de unas pocas iteraciones de este tipo, su marco podría pronosticar correctamente, sin necesidad de experimentos adicionales, si un nuevo conjunto de ajustes láser no probado conduciría a defectos en el acero martensítico. Los investigadores dijeron que este procedimiento es más eficiente en el tiempo.
"Probar todo el rango de posibilidades de configuración del láser para evaluar cuáles pueden conducir a defectos es extremadamente lento y, a veces, incluso poco práctico", dijo Raiyan Seede, un estudiante graduado en la Facultad de Ingeniería y autor principal de"Combinando experimentos y modelado, pudimos desarrollar un procedimiento simple, rápido y paso a paso que puede usarse para determinar qué configuración funcionaría mejor para la impresión 3D de aceros martensíticos".
Seede también señaló que, aunque sus directrices se desarrollaron para garantizar que los aceros martensíticos se puedan imprimir sin deformaciones, su marco se puede usar para imprimir con cualquier otro metal. Dijo que esta aplicación ampliada se debe a que su marco se puede adaptar para que coincida con elobservaciones de experimentos de una sola pista para cualquier metal dado.
"Aunque comenzamos con un enfoque en la impresión 3D de aceros martensíticos, desde entonces hemos creado una tubería de impresión más universal", dijo Karaman. "Además, nuestras directrices simplifican el arte de la impresión 3D de metales para que el producto final no tenga porosidades, que es un desarrollo importante para todo tipo de industrias de fabricación de aditivos metálicos que hacen que las piezas sean tan simples como tornillos a otras más complejas, como trenes de aterrizaje, cajas de engranajes o turbinas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Vandana Suresh y Dharmesh Patel. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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