Tecnologías

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Fabricación aditiva de piezas de acero ultra-resistentes en 3-D a partir de polvo

En el futuro, cuando se necesiten piezas de repuesto en el campo de batalla, se podrá recurrir a impresoras 3D para obtener rápidamente piezas metálicas fiables y ultra-resistentes. Investigadores del Ejército están buscando nuevas tecnologías para crear piezas de aleación de acero a partir de polvo empleando un láser.

En el U.S. Army Combat Capabilities Development Command’s Army Research Laboratory, los científicos dicen que esta tecnología podría cambiar todo.

“Creo que realmente va a revolucionar la logística”, dijo el Dr. Brandon McWilliams, líder del equipo en la rama de ciencia y tecnología de fabricación del laboratorio. “La fabricación aditiva va a tener un gran impacto en la sostenibilidad.”

Aunque el progreso se mantiene firme, McWilliams dijo que realizar el sueño de imprimir rápidamente piezas metálicas fiables en 3-D aún está muy lejos; pero que sus beneficios serán considerables.

“Realmente se puede reducir la huella logística”, dijo. “En lugar de preocuparse por transportar un camión entero, o convoyes de repuestos, se podrá hacer lo que se quiera, siempre y cuando se disponga de materias primas y una impresora.”

Los investigadores del Ejército están usando una aleación originalmente desarrollada por la Fuerza Aérea, conocida como AF96, que han adaptado a la forma de polvo. Usando un método llamado fusión en lecho de polvo, el láser de la impresora 3D derrite selectivamente ese polvo en un molde. La impresora entonces cubre la placa de construcción con otra capa de polvo y el proceso se repite hasta que la pieza esté completa.

“Somos capaces de imprimir piezas con estructuras internas que no se podrían crear con tanta precisión dimensional trabajando con una fresadora”, dijo la Dra. Andelle Kudzal, ingeniera de materiales del equipo de McWilliam.

Sostener la parte resultante en la mano es revelador. Se siente como un pedazo de acero que hubiera sido forjado tradicionalmente, pero que  tiene características de diseño intrincadas que ningún molde podría crear. Los investigadores del Ejército dijeron que esta aleación de acero tiene cualidades asombrosas y, lo que es más importante, aplicaciones potenciales para las piezas de repuesto de vehículos terrestres.

“Este material que acabamos de imprimir es probablemente un 50 por ciento más fuerte que cualquier otro disponible comercialmente”, dijo McWilliams.

Pero, para las aplicaciones del Ejército, la clave para el uso es la certificación. ¿Funcionará la pieza según se requiera en el campo de batalla?

“Hemos impreso algunos impulsores de ventilador para el motor de turbina del carro M1 Abrams, podemos suministrar esa pieza, se puede usar y funciona”, dijo McWilliams. “Pero no es una parte cualificada. En términos de campo de batalla, puede ser lo suficientemente buena como para hacer que su tanque vuelva a funcionar durante horas o días si eso es importante para la misión, pero por otro lado, todavía necesitamos poder responder, ¿se comporta tan bien como la pieza original”.

Los investigadores dijeron que se reduce a dos estrategias reales. Una es el sostenimiento del campo de batalla, la pieza logística, la sustitución de piezas y el apoyo a los sistemas existentes, pero la segunda estrategia es sobre los sistemas futuros.

“Ahí es donde estamos más integrados con los fabricantes de equipos originales y la industria, para ver las cosas en las que están trabajando y ver cómo podemos mejorarlas para realmente impulsar el estado del arte”, dijo McWilliams.

La Fuerza Aérea desarrolló inicialmente esta aleación para aplicaciones de bombas antibúnker. Necesitaban un metal de muy alta resistencia y dureza, pero también necesitaban que fuera económico.

“Lo bueno de esto para el Ejército es que tiene una amplia gama de aplicaciones. Estamos interesados en los vehículos de combate terrestre, porque podría ser utilizado para piezas de repuesto”, dijo McWilliams. “Muchas de nuestras piezas en los vehículos terrestres son de acero. Así que esto podría ser usado como un sustituto sin tener que preocuparse por las propiedades de los materiales porque sabes que va a ser mejor”.

El Laboratorio está trabajando estrechamente con la industria e investigadores académicos para modelar nuevos diseños de aleaciones, realizar termodinámica computacional y acelerar el proceso para llevar los materiales a los soldados.

“Hemos desarrollado la hoja de ruta de un plan integrado, que se centra en apoyar nuestras prioridades de modernización, pero también estamos estrechamente vinculados a la comunidad de vehículos de combate terrestre”, dijo McWilliams.

Fte. Army Research Laboratory

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