es.wedoany.com Noticia: Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos han desarrollado un método de agitación láser para la fabricación aditiva de metales, que resuelve un obstáculo persistente en la producción de aleaciones de alta entropía (HEA): lograr una mezcla uniforme de diferentes metales a nivel atómico durante el proceso de solidificación.
Las aleaciones de alta entropía contienen proporciones aproximadamente iguales de múltiples metales, a diferencia de las aleaciones tradicionales que se basan en un solo metal con adiciones mínimas. Esta composición les otorga ventajas de rendimiento a altas temperaturas, convirtiéndolas en materiales candidatos para motores a reacción y componentes de reactores nucleares. Sin embargo, las diferencias en densidad, punto de fusión y tensión superficial de los metales constituyentes hacen que tiendan a separarse en regiones discretas al enfriarse el fundido, lo que complica la producción.
"Las aleaciones de alta entropía necesitan mezclarse a nivel atómico", afirmó Fan Zhang, físico del NIST que co-lidera el proyecto. "Lograr que los metales se mezclen en esas proporciones requiere un esfuerzo adicional".
La impresión 3D de metales ofrece una vía potencial para sortear las limitaciones de la fundición. "Es difícil fabricar piezas de aleaciones de alta entropía con métodos tradicionales como la fundición", dijo Zhang. "Pero creemos que la impresión 3D de metales podría ser una solución".
Reescribiendo la trayectoria del láser
El método del equipo del NIST modifica la forma en que el láser se desplaza durante el proceso de fusión en lecho de polvo láser. En lugar de hacer que el láser recorra trayectorias lineales tradicionales sobre el lecho de polvo, el investigador Ho Yeung guió el láser a lo largo de trayectorias anulares elípticas, agitando activamente el baño fundido mientras se formaba.
"El software de las impresoras 3D comerciales no puede generar estas trayectorias", explicó Yeung. "Tienen ajustes muy limitados para las trayectorias del láser, por lo que tuvimos que escribir el software desde cero".
Dado que la técnica no requiere nuevo hardware, las impresoras 3D de metales existentes podrían, en principio, utilizarla mediante reprogramación.
El método se probó combinando dos materiales con propiedades significativamente diferentes: RHEA-19 (una aleación de alta entropía densa) y una aleación de titanio ligera. Para confirmar el éxito de la mezcla, el NIST colaboró con la Fuente de Fotones Avanzada (APS) del Laboratorio Nacional Argonne, una instalación de sincrotrón del tamaño de un estadio que produce haces de rayos X aproximadamente 500 mil millones de veces más brillantes que los utilizados en imágenes dentales. Estos haces permitieron a los investigadores observar en tiempo real, en menos de un segundo, los cambios en la estructura atómica de los metales al pasar del estado líquido al sólido.
"La APS es una de las pocas fuentes de fotones en el mundo lo suficientemente potentes como para permitirnos realizar este tipo de mediciones", dijo Zhang.
Hacia la aleación bajo demanda
Además de las aleaciones de alta entropía, los investigadores indican que la técnica de agitación también podría respaldar una aleación más amplia bajo demanda dentro de la impresora, mezclando polvos metálicos elementales en lugar de depender de materias primas prealeadas. Una máquina equipada con polvos elementales podría producir una gama de aleaciones, reduciendo así los costos de material y ampliando el rango de composiciones imprimibles.
El método también podría usarse para cambiar continuamente la composición de la aleación dentro de una misma pieza; por ejemplo, un álabe de turbina de avión podría imprimirse con múltiples metales sin necesidad de uniones soldadas.
"Queremos acelerar la fabricación de aleaciones", dijo Yeung. "La impresión 3D de metales tiene el potencial de fabricar piezas que antes eran imposibles de lograr".
Esta investigación fue publicada en la revista Additive Manufacturing.
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