Los científicos han logrado un nuevo avance al aplicar la tecnología de impresión 3D a las aleaciones de titanio, duplicando la resistencia del material y ampliando sus posibles aplicaciones en la industria aeroespacial.
La nueva aleación de titanio ofrece una resistencia a la fatiga sin precedentes. Foto: iStock
La Academia China de Ciencias (CAS) detalló el logro en un estudio publicado en la revista Nature el 28 de febrero. Esta investigación es fruto de la colaboración entre los científicos Zhang Zhenjun y Zhang Zhefeng, del Laboratorio de Ciencia de Materiales de Shenyang del Instituto de Investigación de Materiales de la CAS, y Robert Ritchie, de la Universidad de California, Berkeley. Según el artículo, la idea de la investigación surgió en China, donde también se crearon las muestras de material. Ritchie participó en la evaluación del proceso.
Aunque la impresión 3D ha revolucionado la fabricación, el proceso se utiliza de forma bastante limitada en la fabricación de piezas que requieren alta resistencia a la fatiga. La resistencia a la fatiga es la capacidad de una pieza de una máquina para resistir fallos por fatiga, como picaduras en los engranajes y grietas superficiales.
La impresión 3D de metal, que utiliza láseres para fundir polvo metálico y aplicarlo en capas para crear formas complejas en poco tiempo, es un método ideal para producir rápidamente componentes grandes y complejos. Sin embargo, el alto calor generado por el potente rayo láser, que suele emplearse en el proceso de impresión, provoca la formación de bolsas de aire en el interior de la pieza, lo que afecta el rendimiento de la aleación. Estos pequeños poros pueden convertirse en centros de presión, lo que provoca un agrietamiento prematuro y reduce la resistencia a la fatiga del material.
Para abordar este problema, el equipo de investigación decidió producir una aleación de titanio porosa. Desarrollaron un proceso con Ti-6Al-4V, una aleación de titanio, aluminio y vanadio, que logró la mayor resistencia a la fatiga entre las aleaciones de titanio conocidas hasta la fecha. Según Zhang Zhenjun, el proceso comienza con un prensado isotérmico en caliente para eliminar los poros, seguido de un enfriamiento rápido antes de que se produzcan cambios en la estructura interna de la aleación. El proceso proporciona una aleación porosa con un aumento de la resistencia a la fatiga por tracción del 106 %, de los 475 MPa habituales a 978 MPa, lo que supone un récord mundial .
Zhang Zhenjun afirmó que este logro es prometedor para numerosas aplicaciones en industrias que requieren materiales ligeros, como la aeroespacial y los vehículos de nuevas energías. Hasta la fecha, el nuevo material solo se ha producido a escala de prototipo, similar a una mancuerna con un punto más delgado de 3 mm, demasiado pequeño para su aplicación práctica. Si bien la tecnología aún se encuentra en fase experimental, tiene un gran potencial para la fabricación de dispositivos complejos.
Según CAS, muchos componentes de aviación, como las toberas de los cohetes de la NASA, el armazón del caza J-20 y las toberas de combustible del avión chino C919, se fabrican mediante impresión 3D. Con potencial de escalabilidad futura, esta nueva tecnología tendrá aplicaciones más amplias.
An Khang (según Tech Times )
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