Capacidades destacadas: Tratamiento térmico de piezas fabricadas con aditivos

La fabricación aditiva (también conocida como AM o impresión industrial en 3D) está cada vez más extendida entre los fabricantes, especialmente en los mercados aeroespacial y médico. En lugar de retirar el material de una pieza, en la fabricación aditiva, un escáner CAD o 3D dirige la máquina para que añada capas de material metálico una encima de otra, y cada capa se une a la anterior. Esta unión puede lograrse mediante uno de los dos métodos siguientes: la fusión de lechos de polvo por láser (LPBF), que utiliza el calor para fusionar las capas, o la inyección de aglutinante, que utiliza un agente aglutinante (adhesivo) entre cada capa de material que posteriormente se quema durante el procesamiento secundario.

Una de las principales ventajas de la fabricación aditiva es la capacidad de producir piezas con geometrías complejas que no se pueden conseguir con métodos tradicionales como el fresado, el torneado o la fundición. Sin embargo, la naturaleza de las piezas de AM crea algunos desafíos únicos que es importante tener en cuenta para el procesamiento térmico. 

Tratamiento térmico de piezas de fabricación aditiva

Existen algunas especificaciones para el tratamiento térmico de las piezas de AM, pero como se trata de un método de fabricación relativamente nuevo, las normas siguen desarrollándose a medida que la AM se adopta más ampliamente. Las oportunidades del mercado de la AM también han atraído a muchos empresarios que son nuevos en el mundo de la fabricación. Estos factores hacen que los fabricantes se encuentren a menudo con retos inesperados en lo que respecta al procesamiento térmico de sus componentes de AM. A continuación se presentan algunos retos comunes y cómo un socio experimentado como Paulo puede ayudarle a superarlos.

Distorsión en piezas AM 

Hemos mencionado que la AM puede permitir a los fabricantes producir piezas muy intrincadas y complejas con tolerancias ajustadas que no son posibles con el mecanizado tradicional. Aunque los procesos especializados pueden minimizar la distorsión que se produce durante el tratamiento (enfriamiento por gas, por ejemplo), siempre se producirá una pequeña distorsión como resultado del procesamiento térmico. 

En primer lugar, es importante seleccionar un socio de tratamiento térmico que tenga controles de proceso precisos y que pueda demostrar los datos de que sus piezas funcionan según las especificaciones. Si ya confía en la precisión del tratamiento térmico de sus piezas, el siguiente paso es ajustar el diseño inicial de la pieza.

Los riesgos de distorsión pueden mitigarse mediante ajustes precisos en el diseño inicial de la pieza para obtener una geometría en la pieza tratada que se ajuste a la aplicación. El equipo de ingeniería y metalurgia de Paulo suele asesorar a nuestros clientes sobre este tipo de cuestiones para garantizar un gran resultado en cada pieza acabada.

Desafíos de la microestructura: solidificación y resolidificación de cada capa

En la fusión del lecho de polvo por láser (LPBF), la solidificación y resolidificación de cada capa a medida que se imprime la pieza da lugar a un fenómeno denominado microsegregación. En esta condición, el propio proceso de AM crea una serie de charcos de fusión microscópicos (esencialmente charcos de soldadura) en toda la estructura interior de la pieza. 

Aunque esto puede ser ventajoso al mantener la microestructura de la pieza muy fina, esos charcos de fusión microscópicos en toda la pieza pueden presentar problemas de segregación dentro del material, con partículas que se separan en zonas distintas y afectan a la estructura general de la pieza. 

En realidad, este fenómeno puede jugar a su favor, ya que la homogeneización de la microestructura puede producirse más rápidamente en algunas piezas de AM, lo que reduce los tiempos de retención durante el tratamiento térmico. La clave es que es importante seleccionar un socio de tratamiento térmico que entienda la naturaleza de las piezas de AM para que los procesos se puedan ajustar para obtener resultados óptimos.

Materiales AM 

Los materiales pueden o no responder al tratamiento térmico de la misma manera cuando una pieza se produce mediante procesos tradicionales que cuando se produce con AM.

Por ejemplo, es difícil imprimir en 3D piezas con materiales que contienen grandes cantidades de carbono, como muchos aceros. El carbono provoca problemas en la resolidificación microscópica que se produce en el proceso de AM. Puede afectar a la expansión, la contracción, el encogimiento y las tensiones localizadas, lo que hace que las piezas impresas en 3D con material de alto contenido en carbono tengan problemas de agrietamiento una vez terminadas.

Aunque el carbono complica enormemente la impresión 3D, es esencial en muchos procesos de tratamiento térmico. Aun así, muchos materiales de AM se han utilizado en aplicaciones de fabricación convencionales durante años. Para saber más sobre los materiales utilizados habitualmente en la fabricación aditiva, visite nuestro Página AM.

Los retos de la porosidad y la solución HIP

Otro de los retos que plantea la AM es la porosidad en la pieza final. Aunque las soldaduras y las fundiciones pueden desarrollar porosidad, en la AM es un poco diferente, con burbujas alargadas, por ejemplo, que el tratamiento térmico convencional no afecta del todo.

Un método probado para eliminar la porosidad y los vacíos en una pieza producida por AM es Prensado isostático en caliente (HIP). La técnica HIP ha sido ampliamente adoptada y reconocida como una de las mejores prácticas en el procesamiento secundario para la fabricación aditiva. Desarrollada inicialmente como una técnica de unión por difusión en la que el alto calor y la presión trabajan conjuntamente para soldar superficies metálicas similares o diferentes sin materiales de relleno, la HIP elimina la porosidad -las pequeñas burbujas de gas que pueden formarse durante el proceso de solidificación de los metales- e imparte una estructura de grano homogénea en toda la pieza.

El HIP también es ideal para las formas complejas que presentan muchas piezas producidas por AM. El gas presurizado que se utiliza en el HIP se introduce en los pasajes internos y en los elementos ciegos de las piezas complejas, lo que garantiza que éstas alcancen las características metalúrgicas especificadas y conserven la tolerancia deseada.

¿Preguntas sobre el tratamiento térmico de las piezas producidas por AM? 

Paulo tiene la experiencia metalúrgica y la capacidad de los equipos para guiarle en el tratamiento térmico de sus piezas producidas por AM. Manteniendo la tecnología a la vanguardia del tratamiento térmico y los materiales modernos, podemos ayudarle a navegar y resolver las nuevas y complejas áreas del tratamiento de piezas impresas en 3D.

Para conectar con un experto de Paulo y discutir sus necesidades de tratamiento térmico para piezas AM o solicitar un presupuesto, contacto con nosotros.