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 metal implica la creación de objetos depositando capas de metal y utilizando calor para unirlas. La precisión de la impresión 3D permite la creación de formas únicas y altamente personalizables que a menudo producen menos subproductos que los métodos de fabricación tradicionales. También se pueden crear “estructuras multimaterial” que combinan estratégicamente diferentes materiales para optimizar el rendimiento de un componente mediante la impresión 3D. Por ejemplo, las piezas de acero de los automóviles pueden aligerarse combinándolas con aluminio. Debido a estas ventajas, dominar este tipo de técnica de impresión 3D está atrayendo una atención considerable por parte de los investigadores.
Sin embargo, esta estrategia conlleva algunos desafíos.
“Los multimateriales son un tema candente en 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 para ciertas combinaciones de metales, como acero y aluminio, Se pueden formar compuestos intermetálicos frágiles en interfaces metálicas diferentes, por lo que el material se vuelve más quebradizo aunque ahora sea más ligero”.
El objetivo de esta investigación era crear 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 primeras tecnologías de impresión 3D de metal que emplea 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 mayor velocidad de escaneo conduce a algo llamado condensación de no equilibrio, que reduce el fraccionamiento del soluto y genera puntos más débiles en el material. Como resultado, producen productos que presentan fuertes interfaces de unión.
“En otras palabras, no se puede simplemente juntar dos metales y esperar que se peguen sin planificación”, dice el profesor asistente especialmente designado Seungkyun Im (Universidad de Tohoku). “Primero debemos comprender completamente el mecanismo de aleación in situ”.
Basándose en este logro, crearon con éxito el prototipo del primer componente multimaterial para automóviles a gran escala (torre de suspensión) del mundo con una geometría adecuada. El grupo de investigación tiene la intención de aplicar estos hallazgos a otras aleaciones metálicas donde problemas similares de unión requieren mejoras, lo que permitiría una gama más amplia de aplicaciones.
Se publican los resultados fabricación aditiva El 19 de noviembre de 2024.