La fabricación aditiva se ha ido imponiendo como un método viable para producir componentes complejos en el sector aeroespacial, médico y otras aplicaciones de alto rendimiento.
Y si uno frecuenta los círculos de la metalurgia (¿quién no querría hacerlo?), no puede oír hablar de "fabricación aditiva" sin oír también hablar de prensado isostático en caliente (HIP).
Esto se debe a que el proceso, que aplica alto calor y alta presión para densificar las piezas, ha demostrado ser prometedor para mejorar el rendimiento de los componentes de fabricación aditiva de alto rendimiento.
Aunque este es el caso de uso más popular de HIP, no es ni mucho menos el único.

Aplicaciones HIP

El HIP se ha popularizado recientemente gracias a la prevalencia de la fabricación aditiva para piezas aeroespaciales de alto rendimiento o dispositivos médicos como caderas artificiales, pero el proceso tiene más de 60 años.
El HIP se desarrolló inicialmente como una técnica de unión por difusión. En la unión por difusión, el calor y la presión elevados actúan conjuntamente para soldar superficies metálicas similares o disímiles sin materiales de relleno. Los metalúrgicos pronto observaron que esas características del proceso también mejoraban el rendimiento mecánico al eliminar la porosidad de la fundición (término que hace referencia a las pequeñas burbujas de gas que pueden formarse durante el proceso de solidificación de los metales fundidos) e impartir una estructura de grano homogénea en toda la pieza.
Las piezas porosas o con estructuras de grano variable son menos duraderas y no pueden soportar la tensión de un servicio severo.
Un fenómeno similar a la porosidad de la fundición se produce durante una técnica de fabricación aditiva llamada fusión de lecho de polvo. El proceso deja naturalmente pequeños vacíos en las piezas. Estos pequeños huecos pueden causar grandes problemas si no se eliminan. (Hablamos de la intersección entre la fusión de lechos de polvo, el HIP y las superaleaciones en este artículo.)
Además de utilizarse junto con la fabricación aditiva y la unión por difusión de piezas, el HIP se especifica normalmente como proceso de densificación complementario a la compactación y sinterización de polvos y al moldeo por inyección de metales. Se especifica con mayor frecuencia en los sectores aeroespacial, médico y dental, petróleo y gas, generación de energía, armas de fuego y fabricación de joyas.
Nuestro equipo HIP
El recipiente HIP recientemente instalado en la División de Cleveland de Paulo es una unidad Quintus Technologies QIH 122 con capacidad de enfriamiento rápido uniforme. Su zona de trabajo tiene 25,9 pulgadas de diámetro y 68,9 pulgadas de profundidad. Puede procesar piezas en un máximo de 12 capas a cinco pulgadas de profundidad cada una. Nuestras pruebas iniciales de la unidad ha revelado algunas capacidades bastante impresionantes:

  • Temperatura máxima = 2.425 F (1329 C)
  • Presión máxima = 30 ksi
  • Velocidad máxima de enfriamiento = 900 F (500 C) por minuto en condiciones seleccionadas
  • Alta uniformidad de la temperatura = normalmente ±10 F en toda la zona de trabajo

La capacidad de enfriamiento rápido de nuestro recipiente HIP es comparable a enfriamiento en horno de vacío. Estas propiedades permiten HIP y solución tratar piezas simultáneamente, lo que proporciona unas propiedades metalúrgicas decididamente mejores y reduce el tiempo de entrega.
Materiales ideales para HIP
En el entorno de argón a alta presión que crea nuestra unidad, se puede tratar una amplia gama de materiales con HIP. Esta atmósfera es ideal para:

  • Acero al carbono
  • Aceros para herramientas
  • Aceros inoxidables dúplex, martensíticos y austeníticos
  • Aleaciones a base de níquel
  • Aleaciones a base de cobalto
  • Titanio

Todavía estamos evaluando la capacidad de HIP del aluminio y el magnesio. Las pruebas en curso nos ayudarán a determinar si los residuos que quedan tras el procesamiento de estos materiales afectarán a los futuros ciclos de HIP.

Ventajas del HIP

Una crítica común a la tecnología HIP entre algunos fabricantes es que se trata de un paso adicional costoso e innecesario en el proceso de fabricación. La palabra "exageración" viene a la mente, y es cierto que algunos procesadores térmicos comercializan agresivamente el proceso a fabricantes que hacen piezas para las que el HIP puede no ser una necesidad metalúrgica.
Pero cuando se especifica adecuadamente, el HIP ofrece a los fabricantes varias ventajas convincentes tanto en el proceso de producción como en la fase posterior.
Libertad de diseño y fabricación - Algunas piezas presentan formas muy complejas que son demasiado complicadas para la forja o la fundición tradicionales. En respuesta, los fabricantes han sacrificado el rendimiento con diseños diluidos o han añadido un costoso tiempo de procesamiento diseñando las piezas en piezas y uniéndolas después mediante soldadura. Sin embargo, el gas presurizado utilizado en el HIP se introduce en los pasajes internos y en los elementos ciegos de las piezas complejas, lo que garantiza que se alcancen las características metalúrgicas especificadas y se reduzcan los riesgos de fallo tradicionales.
Características mecánicas - Se ha demostrado que el HIP mejora características mecánicas clave como la ductilidad, la tenacidad, el límite elástico y la resistencia a la corrosión. También puede mejorar la resistencia a la fatiga, al impacto, al desgaste y a la abrasión. También hemos observado que las piezas fabricadas con HIP tienen menos "dispersión de datos". La reducción de la dispersión de datos permite a los ingenieros de diseño comprender con mayor precisión el rendimiento del material y saber con mayor exactitud dónde se encuentra su límite. A continuación, pueden diseñar de acuerdo con esa información conocida.
Fabricación optimizada - Tanto si las piezas se fabrican con aditivos como si se funden o forjan, la integración de HIP puede agilizar la fabricación. En primer lugar, la combinación de aditivos con las capacidades de densificación y tratamiento de soluciones del HIP significa que se pueden realizar más etapas de fabricación en menos pasos. En segundo lugar, los fabricantes preocupados por la porosidad pueden permitirla sabiendo que el HIP puede corregir el problema.
Tratamiento simultáneo - Las antiguas prensas isostáticas en caliente solían estar diseñadas con paredes más gruesas que impedían un enfriamiento rápido. Esto eliminaba el tratamiento simultáneo de la ecuación (y llevó a algunos a creer que el proceso era inseguro). Nuestro nuevo recipiente HIP incorpora un enfriamiento rápido que permite el tratamiento térmico y el prensado isostático en caliente simultáneos. El ahorro de tiempo resultante es significativo. También se ha observado una mejora del rendimiento de las piezas tratadas de este modo. 
Reducción de la chatarra - Siempre hay variabilidad en la fabricación; el riesgo de desechar algunas piezas está siempre presente. Pero el HIP puede ayudar a reducir los desechos de dos maneras. En primer lugar, puede incorporarse a la producción regular de piezas con diseños complicados para compensar posibles deficiencias del proceso anterior. En segundo lugar, puede aplicarse cuando sea necesario si se produce un problema puntual en un solo lote. En cualquiera de los dos casos, el potencial de ahorro es convincente.
Como hemos dicho antes, HIP no es nuevo. Pero se están abriendo nuevas puertas. A medida que sigan apareciendo métodos modernos de fabricación, el panorama competitivo cambiará.
¿Estás preparado para ello?
Si está en modo de búsqueda de datos y quiere hablar con un metalúrgico sobre si el proceso HIP puede mejorar el rendimiento de sus piezas, ponte en contacto con nosotros.

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