La impresión 3D en metal tiene un enorme potencial para revolucionar la fabricación moderna. Sin embargo, los procesos de impresión de metales más populares, que utilizan láseres para fusionar polvo metálico fino, tienen sus limitaciones. Las piezas producidas mediante fusión selectiva por láser (SLM) y otras técnicas de metal en polvo a menudo terminan con huecos o defectos causados ​​por una variedad de factores.

Para superar los inconvenientes de SLM, Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, junto con colaboradores del Instituto Politécnico de Worchester, están adoptando un enfoque totalmente nuevo para la impresión 3D en metal con un proceso que llaman escritura directa en metal, en el que el metal semisólido se extruye directamente desde una boquilla. El metal está diseñado para ser un material de adelgazamiento por cizallamiento, lo que significa que actúa como un sólido cuando está quieto, pero fluye como un líquido cuando se aplica una fuerza. Los resultados del estudio en curso de tres años se publicaron en febrero en Letras de física aplicada .

"Estamos en un nuevo territorio, "dijo el autor principal Wen Chen, un científico de materiales de LLNL. "Hemos avanzado una nueva técnica de fabricación aditiva de metales que la gente aún no conoce. Creo que mucha gente estará interesada en continuar este trabajo y expandirlo a otras aleaciones".

En lugar de comenzar con polvo de metal, la técnica de escritura directa en metal utiliza un lingote que se calienta hasta que alcanza un estado semisólido:las partículas sólidas de metal están rodeadas por un metal líquido, resultando en un comportamiento similar a una pasta, luego se fuerza a través de una boquilla. El material se adelgaza por cizallamiento porque, cuando está en reposo, las partículas de metal sólido se aglutinan y hacen que la estructura sea sólida. Tan pronto como el material se mueva, o está en cizalla, las partículas sólidas se rompen y el sistema actúa como la matriz líquida. Se endurece al enfriarse, por lo que hay menos óxido incorporado y menos tensión residual en la pieza, explicaron los investigadores.

Aunque animados por su éxito en la impresión de piezas de prueba, Los investigadores advirtieron que el método aún se encuentra en sus primeras etapas y necesitará más trabajo para lograr piezas de mayor resolución con metales más amigables con la industria. como el aluminio y el titanio. En el papel, el equipo produjo piezas utilizando una mezcla de bismuto y estaño, que tiene un punto de fusión bajo de menos de 300 grados Celsius. El proceso requirió numerosas iteraciones para hacerlo bien, cuando los investigadores se encontraron con el problema de las dendritas, dedos de metal sólido que se atascarían en la boquilla.

"El problema principal era tener un control muy estricto sobre el flujo, ", dijo el ingeniero de LLNL Andy Pascall." Se necesita un control preciso de la temperatura. Cómo lo revuelves qué tan rápido lo revuelves, todo marca la diferencia. Si puede obtener las propiedades de flujo correctas, entonces realmente tienes algo. Lo que hemos hecho es comprender realmente la forma en que el material fluye a través de la boquilla. Ahora hemos conseguido un control tan bueno que podemos imprimir estructuras autoportantes. Eso nunca se había hecho antes ".

Los investigadores dijeron que el último estudio proporcionará condiciones operativas precisas para imprimir con metal directamente desde una boquilla. Ya se están moviendo hacia las aleaciones de aluminio, un metal que sería más atractivo para industrias como la aeroespacial y el transporte, pero presentará desafíos debido a su mayor punto de fusión.

"Poder imprimir piezas de metal de esta forma es potencialmente importante, "dijo el científico del personal Luke Thornley, que trabajó en la ingeniería del material. "Se eliminaría gran parte del trabajo que implica la validación y el análisis de defectos. Podemos utilizar menos material para fabricar piezas, es decir, partes más ligeras, lo que sería importante para la industria aeroespacial ".