1 revisión de la tecnología de impresión 3D en metal
La impresión 3D de metal, a veces denominada fabricación aditiva de metal, es una técnica mediante la cual se crean objetos tridimensionales apilando capa por capa polvos o alambres metálicos. La impresión 3D en metal ofrece menos costos de fabricación, ciclos de desarrollo más cortos y más libertad de diseño que la fundición, la forja o el procesamiento mecánico convencionales. Se puede adaptar para satisfacer las necesidades reales y lograr una formación integrada de formas geométricas intrincadas.
Dos aplicaciones destacadas de la tecnología de impresión 3D de metal en la fabricación de palas de turbinas de aviones son la deposición de energía dirigida (DED) y la fusión selectiva en lecho de polvo (PBF). La sinterización directa de metales por láser (DMLS), la fusión selectiva por láser (SLM), la fusión por haz de electrones (EBM), etc. forman parte del proceso PBF. Utilizando un láser o un haz de electrones, calientan el polvo metálico hasta el punto de fusión, logrando así un apilamiento capa por capa. El proceso DED añade constantemente alambres o polvos metálicos a la plataforma del edificio después de fundirlos selectivamente utilizando rayos láser, haces de electrones, plasma o arco como fuentes de calor.
2 La impresión 3D de metal mejora el rendimiento de las palas de turbinas de aviones
Mejorar la estructura de las palas.
Las palas de turbinas de avión, que suelen tener superficies intrincadas de forma libre, exigen una precisión de fabricación bastante alta. Las formas de pala más exactas y sofisticadas posibles gracias a las tecnologías de impresión 3D de metal ayudan a maximizar el rendimiento aerodinámico. El control preciso del proceso de impresión permite producir hojas con intrincados canales de enfriamiento y recubrimientos aislantes efectivos, lo que mejora en gran medida su disipación de calor y su capacidad de soporte de temperatura.
Para los perfiles aerodinámicos de las palas de las turbinas, GE, por ejemplo, ha logrado el diseño de paredes exteriores multicapa mediante fabricación aditiva. Esta construcción aumenta la capacidad de soportar la temperatura de los álabes de la turbina original, mejorando así su capacidad de refrigeración y, por tanto, la temperatura de funcionamiento del motor. Actualmente se está investigando y uno de los principales beneficios de la tecnología de impresión 3D de metal en la producción de palas de turbinas de aviones es este método de refrigeración por aire más eficaz.
Mejorar el rendimiento del material.
Los materiales de aleación de alto rendimiento, como aleaciones de titanio, aleaciones de alta temperatura a base de níquel, etc., se pueden utilizar en tecnologías de impresión 3D de metales. Estos materiales pueden tolerar excelentes condiciones de operación y tienen excelentes cualidades mecánicas y resistencia a la oxidación. Al controlar con precisión la microestructura y el tamaño de grano de los materiales, la tecnología de impresión 3D en metal ayuda a maximizar sus cualidades mecánicas.
Los investigadores del MIT han descubierto que agregar etapas adicionales de tratamiento térmico ayuda a que los granos finos de los materiales impresos en 3D se conviertan en granos "columnares" más grandes, microestructuras más robustas y puede reducir el potencial de fluencia del material. Este desarrollo abre el camino para la impresión industrial 3D de palas de turbinas de gas, permitiendo así que las palas impresas en 3D conserven una mayor flexibilidad y resistencia en entornos muy calientes.
Reconocer la arquitectura ligera.
Al maximizar la estructura y la distribución del material de las palas, la tecnología de impresión 3D de metal puede lograr un diseño liviano y, por lo tanto, un peso menor sin comprometer el rendimiento. Esto es muy importante para mejorar la eficiencia de vuelo y la economía de combustible de los aviones. Por ejemplo, las palas de turbina de aleación de titanio y aluminio producidas con tecnología de impresión 3D de metal pesan casi la mitad que las palas de aleación convencionales a base de níquel, lo que reduce considerablemente el consumo de combustible y los contaminantes.
Cortar el ciclo de desarrollo y reducir gastos.
La producción rápida de prototipos y adaptaciones posibles gracias a la tecnología de impresión 3D de metal podría reducir en gran medida el ciclo de desarrollo de las palas de las turbinas de los aviones. La impresión directa de diseños geométricos complicados ayuda a eliminar varios procedimientos y gastos de molde en los métodos de fabricación convencionales, reduciendo así los costes de fabricación. Además de abordar los requisitos de personalización individualizados del sector de la aviación, la tecnología de impresión 3D en metal también puede lograr una producción de lotes pequeños y de múltiples variaciones.
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