Una técnica alternativa de bajo coste para producir polvos metálicos para la impresión 3D
La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión metálica en 3D, crea objetos mediante la adición de material, capa a capa. Una de las principales fuentes de material para la AM es el polvo metálico, que se produce principalmente mediante una técnica llamada atomización, en la que una corriente de metal fundido se rompe en finas gotas mediante chorros de aire o agua. Sin embargo, a pesar de su uso generalizado, la atomización ofrece un bajo rendimiento, es costosa y no es flexible en cuanto a los tipos de materiales que puede manejar. Un equipo de investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) dirigido por Koushik Viswanathan, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Mecánica, ha identificado una técnica alternativa para producir polvos metálicos que evita estos problemas. Esto tiene interesantes implicaciones para los procesos de AM en general, incluyendo áreas como la fabricación de implantes biomédicos.
Panel que muestra los polvos metálicos producidos mediante el proceso basado en la abrasión.
Laboratory for Advanced Manufacturing & Finishing Processes (LAMFiP), IISc
En la industria del esmerilado de metales, el material retirado -llamado viruta- suele desecharse como producto de desecho. Suele tener forma fibrosa, como las virutas de metal, pero a menudo también arroja partículas perfectamente esféricas. Los científicos llevan mucho tiempo sosteniendo la teoría de que estos cuerpos pasan por un proceso de fusión para adoptar la forma esférica, lo que plantea algunas preguntas interesantes: ¿el calor de la molienda provoca la fusión? ¿Existe la fusión? El equipo de Viswanathan demostró que estos cuerpos metálicos pulverulentos se forman como resultado de la fusión debida al elevado calor de la oxidación, una reacción exotérmica, en la capa superficial. A continuación, perfeccionaron este proceso para producir grandes cantidades de polvos esféricos, que se recogen y se siguen procesando para utilizarlos como material de reserva en la AM. Su estudio demuestra que estas partículas funcionan tan bien como los polvos comerciales atomizados con gas en el contexto de la AM de metales.
Priti Ranjan Panda, estudiante de doctorado del Centro de Diseño y Fabricación de Productos del IISc y uno de los autores del estudio, añade: "Disponemos de una ruta alternativa, más económica e intrínsecamente escalable para fabricar polvos metálicos, y la calidad de los polvos finales parece ser muy competitiva en comparación con los polvos convencionales atomizados con gas".
En cuanto a las aplicaciones de sus descubrimientos, Viswanathan explica: "Recientemente ha habido un gran interés en adoptar la AM de metales porque, por su naturaleza, permite una personalización significativa y permite la libertad de diseño. Sin embargo, el gran coste de los polvos metálicos en stock ha sido el escollo. Esperamos que nuestro trabajo abra nuevas puertas para fabricar polvos metálicos más baratos y accesibles".
"Reducir el coste del proceso de AM (mediante polvos económicos) puede ampliar la gama de materiales en situaciones como la fabricación de implantes biomédicos, que podrían ser más baratos y accesibles", añade Harish Singh Dhami, estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería Mecánica y coautor de este estudio. Los investigadores afirman que la fabricación de polvo metálico mediante abrasión también tiene potencial en otras aplicaciones de alto rendimiento, como en los motores de los aviones, donde se requiere un alto grado de especificidad y sofisticación.
En la actualidad, los polvos metálicos suelen producirse en una instalación de atomización, lo que obliga a transportarlos para su fundición y reciclaje, estableciendo así una gran cadena de suministro. Esto funciona para los metales abundantes, como el aluminio, señala Viswanathan, pero para los materiales estratégicos (como el tantalio y el litio), en los que la extracción por sí sola es un proceso complejo, sería favorable disponer de un proceso escalable para producir polvos metálicos. Entonces, en principio, toda la cadena de suministro puede albergarse en una sola instalación, una posibilidad que su técnica podría ofrecer.
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Publicación original
Production of powders for metal additive manufacturing applications using surface grinding; Manufacturing Letters; 2022
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