Parte de una nueva configuración híbrida desarrollada por científicos de WSU que crea piezas utilizando programación informática de precisión y dos cabezales de soldadura. Utiliza herramientas comunes y relativamente económicas, por lo que los fabricantes y los talleres de reparación podrían adoptar este método en un futuro próximo. Fuente: Universidad Estatal de Washington
Tomando como referencia la complejidad estructural de los árboles y los huesos, los ingenieros de la Universidad Estatal de Washington han desarrollado una forma de imprimir en 3D dos tipos de acero en la misma capa circular utilizando dos máquinas de soldadura. Se descubrió que el material bimetálico resultante era entre un 33 % y un 42 % más resistente que cualquiera de los dos metales por sí solo, en parte debido a la presión creada entre los metales a medida que se enfriaban juntos.
El nuevo método utiliza herramientas ampliamente disponibles y relativamente económicas, por lo que los fabricantes y talleres pueden utilizarlo en un futuro próximo. Con un mayor desarrollo, podría usarse potencialmente para producir implantes médicos de alto rendimiento e incluso piezas para viajes espaciales, dijo Amit Bandyopadhyay, autor principal del estudio publicado en la revista. comunicación de la naturaleza.
“Tiene una aplicación muy amplia porque cualquier lugar que realice cualquier tipo de soldadura ahora puede ampliar sus conceptos de diseño o encontrar aplicaciones en las que se puedan unir materiales muy duros y materiales blandos casi simultáneamente”, dijo Bandyopadhyay, profesor de la Escuela de Mecánica de WSU. e Ingeniería de Materiales.
El equipo de investigación tomó prestada la idea de la naturaleza, y señaló que los árboles y los huesos obtienen su fuerza de la forma en que interactúan entre sí los anillos en capas de diferentes materiales. Para imitar esto con los metales, los investigadores de WSU utilizaron equipos de soldadura que se encuentran comúnmente en talleres de automóviles y de máquinas, integrados con una computadora de control numérico o una máquina CNC. La nueva configuración híbrida crea piezas utilizando programación informática de precisión y dos cabezales de soldadura.
Durante la demostración, dos cabezales de soldadura trabajaron uno tras otro en una capa circular para imprimir dos metales, cada uno con ventajas específicas. Se forma un núcleo de acero inoxidable resistente a la corrosión dentro de una carcasa exterior de acero “dulce” menos costoso, como el que se usa en puentes o en vías férreas. Dado que los metales se contraen a diferentes velocidades a medida que se enfrían, se crea una presión interna que esencialmente sujeta los metales entre sí. Los resultados de las pruebas han demostrado una mayor resistencia que el acero inoxidable o el acero dulce solos.
Actualmente, la impresión 3D con múltiples metales en una configuración de soldadura requiere detener y cambiar los alambres metálicos. El nuevo método elimina este espacio y coloca dos o más metales en la misma capa mientras los metales aún están calientes.
“Este método deposita metales en un círculo, no solo en una línea. Al hacerlo, se desvía fundamentalmente de lo que era posible”, dijo Lile Squires, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en WSU y primer autor del estudio. “Moverse en círculo básicamente permite que un material abrace a otro, lo que no puede suceder cuando se imprime en línea recta o en capas”.
La capacidad de fortalecer las piezas de metal impresas en 3D capa por capa pronto podría brindar a los talleres automotrices nuevas oportunidades con la capacidad de crear rápidamente piezas de acero resistentes y personalizadas. Por ejemplo, se podrían desarrollar ejes de transmisión bimetálicos resistentes a la torsión o discos de freno de bajo costo y alto rendimiento.
En el futuro, los científicos ven el potencial de los procesos de fabricación médica que imprimen articulaciones protésicas con titanio duradero en el exterior y un material interno como el acero magnético con propiedades curativas. De manera similar, las estructuras en el espacio pueden tener un material resistente al calor que rodea un material interior con propiedades refrescantes para ayudar a que la estructura mantenga una temperatura constante.
“En este concepto, ambos soldadores están imprimiendo, por lo que podemos usar múltiples materiales en la misma capa, creando beneficios a medida que se unen”, dijo Bandyopadhyay. “Y no tiene que limitarse a solo dos materiales. Se puede extender”.
Los investigadores y WSU han presentado una solicitud de patente provisional para este desarrollo.
Más información:
comunicación de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39230-w