Con esta nueva y emocionante técnica, HRL se sitúa a la vanguardia de un nuevo capítulo en la fabricación aditiva de metales para investigación, industria, y defensa. Crédito:Laboratorios M. Durant HRL
HRL Laboratories ha logrado un gran avance en la metalurgia con el anuncio de que los investigadores de la famosa instalación han desarrollado una técnica para imprimir en 3D con éxito aleaciones de aluminio de alta resistencia, incluidos los tipos Al7075 y Al6061, que abre la puerta a la fabricación aditiva de aleaciones relevantes para la ingeniería. Estas aleaciones son muy deseables para piezas de aviones y automóviles y se encuentran entre las miles que no eran aptas para la fabricación aditiva (impresión 3D), una dificultad que ha sido resuelta por los investigadores de HRL. Un beneficio adicional es que su método se puede aplicar a familias de aleaciones adicionales, como aceros de alta resistencia y superaleaciones a base de níquel, difíciles de procesar actualmente en la fabricación aditiva.
"Estamos usando una teoría de nucleación de 70 años para resolver un problema de 100 años con una máquina del siglo XXI, "dijo Hunter Martin, quien codirigió el equipo con Brennan Yahata. Ambos son ingenieros del Laboratorio de Sensores y Materiales de HRL y estudiantes de doctorado en la Universidad de California, Santa Bárbara estudiando con la profesora Tresa Pollock, coautor del estudio. Su impresión 3D en papel de aleaciones de aluminio de alta resistencia se publicó el 21 de septiembre de 2017 edición de Naturaleza .
La fabricación aditiva de metales generalmente comienza con polvos de aleación que se aplican en capas delgadas y se calientan con un láser u otra fuente de calor directa para derretir y solidificar las capas. Normalmente, si se utilizan aleaciones de aluminio no soldables de alta resistencia como Al7075 o AL6061, las partes resultantes sufren un fuerte agrietamiento en caliente, una condición que hace que una parte metálica pueda separarse como una galleta en escamas.
La técnica de funcionalización de nanopartículas de HRL resuelve este problema decorando polvos de aleación no soldables de alta resistencia con nanopartículas especialmente seleccionadas. El polvo funcionalizado con nanopartículas se alimenta a una impresora 3D, que capas de polvo y láser fusiona cada capa para construir un objeto tridimensional. Durante la fusión y solidificación, las nanopartículas actúan como sitios de nucleación para la microestructura de aleación deseada, previniendo el agrietamiento en caliente y permitiendo la retención de toda la resistencia de la aleación en la pieza fabricada.
El polvo funcionalizado con nanopartículas se alimenta a una impresora 3-D, que capas de polvo y láser fusiona cada capa para construir un objeto tridimensional. Crédito:B. Ferguson - Laboratorios HRL
Debido a que la fusión y solidificación en la fabricación aditiva es análoga a la soldadura, La funcionalización de nanopartículas de HRL también se puede utilizar para hacer soldables aleaciones no soldables. Esta técnica también es escalable y emplea materiales de bajo costo. Los polvos y nanopartículas de aleación convencionales producen materia prima para impresoras con nanopartículas distribuidas uniformemente en la superficie de los granos de polvo.
"Nuestro primer objetivo fue descubrir cómo eliminar por completo el agrietamiento en caliente. Buscamos controlar la microestructura y la solución debería ser algo que suceda naturalmente con la forma en que este material se solidifica, "Dijo Martin.
Para encontrar las nanopartículas correctas, en este caso nanopartículas a base de circonio, El equipo de HRL reclutó a Citrine Informatics para ayudarlos a clasificar entre la miríada de partículas posibles y encontrar la que tuviera las propiedades que necesitaban.
"El uso de la informática fue clave, "dijo Yahata." La forma en que solía hacerse la metalurgia era cultivando la tabla periódica para alear elementos y probando principalmente con prueba y error. El objetivo de utilizar software informático era hacer un enfoque selectivo de la teoría de nucleación que conocíamos para encontrar los materiales con las propiedades exactas que necesitábamos. Una vez que les dijimos qué buscar, su análisis de big data redujo el campo de materiales disponibles de cientos de miles a unos pocos. Pasamos de un pajar a un puñado de posibles agujas ".
Con esta nueva y emocionante técnica, HRL se sitúa a la vanguardia de un nuevo capítulo en la fabricación aditiva de metales para investigación, industria, y defensa.
