Caracterización mecánica de materiales producidos por fabricación aditiva

Redacción
Viernes, 02 Noviembre 2018
Caracterización mecánica de materiales producidos por fabricación aditiva - impresoras 3D

En un contexto colaborativo con el Centro Nacional de Estudios Espaciales francés (CNES), el departamento de ingeniería mecánica de la universidad Icam Toulouse ha lanzado un estudio sobre la caracterización de las propiedades mecánicas de materiales producidos por fabricación aditiva (Additive Layer Manufacturing - ALM), más precisamente sobre la tecnología de fusión sobre lecho de polvo (Laser Beam Melting – LBM).

Los materiales metálicos estudiados son el aluminio AS7G06 y el titanio TA6V. El proyecto contiene tres objetivos principales. En primer lugar, se trata de medir la resistencia a la propagación de fisuras (KIC) en ambos materiales. Estas propiedades son necesarias para confeccionar y estimar la durabilidad de las piezas espaciales de estructuras primarias (enfoque de resistencia a los daños). Por el momento solo las piezas de estructuras secundarias son realizadas por fabricación aditiva en la industria aeroespacial, debido a este desconocimiento de las propiedades mecánicas.

El segundo objetivo trata de encontrar la relación que existe entre el proceso de fabricación (orientación de impresión, tamaño de grano del polvo, velocidad del láser...), la microestructura de la pieza y las propiedades mecánicas.

Y por último, iniciar una base de datos abierta y difusable a la industria aeroespacial sobre los valores de los materiales ALM. 

 

El estudio se divide en tres actividades principales. En la primera parte del proyecto se ha confeccionado un estado del arte, donde se han recogido todos los valores de características mecánicas encontrados según diferentes fuentes. Además se ha hecho un estudio minucioso sobre los métodos de los ensayos a realizar (según las normas internacionales) además de definir la geometría, tamaño, proporción y cantidad de las probetas a ensayar. La influencia de dos parámetros es estudiada: la orientación de fabricación de probetas y los diferentes tratamientos térmicos aplicados, que son los siguientes:

Para el titanio TA6V:

- Estado 1, punto de fusión, alivio de estrés sobre placa.

- Estado 2, punto de fusión + alivio de estrés sobre placa (5h / 670° C) + prensado isostático en caliente (HIP - Hot Isostatic Pressing) a 920° C / 2h, 1020 bares.

Y para el aluminio AS7G06:

- Estado 3, punto de fusión, alivio de estrés sobre sobre placa (300°C/2h);

- Estado 4, punto de fusión + tratamiento T6 (tratamiento en solución 2h + revenido a 170° C / 4h).

La segunda parte consiste en la validación de las distintas orientaciones elegidas y el posicionado sobre la placa de impresión. La fabricación de los brutos de las piezas por fabricación aditiva con la tecnología Laser Beam Meting y la aplicación de los tratamientos térmicos han sido llevados a cabo por la empresa FusiA, experta en impresión 3D. Lo que concierne a la etapa de mecanizado de las piezas, se realiza a nivel interno de la universidad, a excepción de la entalla y pre fisuración que han sido subcontratadas a la empresa Exova debido a la falta de recursos. La última etapa es la realización de una campaña de seis ensayos sobre las probetas ALM: 

1. Ensayo de dureza sobre la cara horizontal y lateral para evaluar si aparecen diferencias notables entre ambas.

2. Ensayo de rugosidad en la superficie horizontal, lateral y oblicua a 45 grados donde valorar si las piezas sin ningún tratamiento post fabricación para la mejora del estado superficial son aptas para el uso directo.

3. Ensayo de tracción con el que determinar las propiedades mecánicas según las orientación horizontal, vertical y oblicua 45 grados.

4. Ensayo de tenacidad sobre cuatro sentidos diferentes donde estimar la influencia en la propagación de la fisura.

5. Metalografía de las piezas para estudiar la manera de la formación de granos y los componentes de la estructura.

6. Ensayo de tensiones residuales, con el que estimar las tensiones internas que poseen las piezas.

El balance final se ha realizado mostrando la influencia entre las diferentes orientaciones y distintos tratamientos térmicos empleados con cada característica mecánicas de los valores de ambos materiales.

 

Etiquetado como: titanio
Categoría: Materiales
Aplicación: Tecnología