Investigadores de PolyU desarrollan aleación de Ti mediante fabricación aditiva DED

31 de julio de 2023

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Científicos de ingeniería de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU), en colaboración con la Universidad RMIT y la Universidad de Sydney, han utilizado la fabricación aditiva para abordar los desafíos de calidad y gestión de residuos que enfrenta la producción de aleaciones de titanio. Su estudio de investigación, titulado "Aleaciones de titanio, oxígeno y hierro fuertes y dúctiles mediante fabricación aditiva", se publicó recientemente en Nature.

El equipo de investigación ha utilizado la fabricación aditiva para crear una aleación nueva, fuerte, dúctil y sostenible: la aleación α-β Ti-O-Fe. Estas propiedades se logran incorporando oxígeno y hierro abundantes y económicos, que son los dos elementos estabilizadores y fortalecedores más poderosos para las aleaciones de titanio de fase α-β. Esta nueva aleación de titanio presenta potencial para diversas aplicaciones, como la ingeniería aeroespacial y marina, la electrónica de consumo y los dispositivos biomédicos.

Los autores declararon: “En términos de selección del proceso de AM, elegimos la deposición de energía dirigida (DED) de polvo metálico por láser, que, con la ayuda de simulaciones de alta fidelidad, permite la fabricación de componentes a gran escala con forma casi neta con una consistencia consistente. microestructura”.

Según los informes, la nueva aleación de titanio exhibe un mejor rendimiento mecánico, mayor resistencia y ductilidad comparable al material de referencia Ti-6AI-4V, ampliamente utilizado, que fue formulado en 1954.

Aunque se pueden utilizar métodos de fabricación tradicionales, como la fundición, para producir la nueva aleación de titanio, el material resultante puede tener propiedades deficientes que lo hacen inadecuado para la ingeniería práctica. La fabricación aditiva, por otro lado, supuestamente supera estas limitaciones asociadas con los métodos tradicionales de producción y mejora las propiedades de la aleación.

El proceso Kroll, que se utiliza normalmente para producir aleaciones de titanio, consume mucha energía y genera titanio esponjoso de mala calidad. Este producto de desecho representa aproximadamente el 10% de todo el titanio esponjoso y genera desperdicios sustanciales y mayores costos de producción. Sin embargo, la fabricación aditiva proporciona una solución eficaz al permitir el reciclaje de titanio esponjoso de mala calidad. Esta tecnología convierte los residuos en polvo para su uso como materia prima, reduciendo así los residuos y los costes de producción.

El Dr. Zibin Chen afirmó: “Nuestro trabajo puede facilitar el reciclaje de más del 10% de los residuos generados por la industria de producción de aleaciones metálicas. Esto puede reducir significativamente los costos de materiales y energía para las industrias, contribuyendo a la sostenibilidad ambiental y la reducción de la huella de carbono”.

La investigación integra diseño de aleaciones, simulaciones computacionales y caracterización experimental para explorar el espacio de propiedades, microestructura y proceso de fabricación aditiva para la nueva aleación de titanio (aleación α-β Ti-O-Fe).

El estudio destaca que la Fabricación Aditiva permite la producción en un solo paso de piezas metálicas complejas y funcionales, lo que acelera el desarrollo de productos y reduce costes. Además, esta tecnología puede fabricar piezas metálicas con estructuras y composiciones únicas que los métodos tradicionales no pueden lograr.

La Fabricación Aditiva permite ajustar la microestructura de las aleaciones metálicas, mejorando su resistencia, flexibilidad y resistencia a la corrosión y al agua. Además, permite la creación de piezas metálicas ligeras pero resistentes con patrones intrincados. Este avance en la investigación puede presentar nuevas oportunidades para estrategias de diseño de materiales sostenibles y holísticas, facilitadas por la fabricación aditiva.

El profesor Keith KC Chan concluyó: “Este trabajo puede servir como modelo o punto de referencia para otras aleaciones metálicas que utilizan la impresión 3D para mejorar sus propiedades y ampliar su aplicabilidad. La impresión 3D en metal es un campo emergente y pasará tiempo antes de que se adopte ampliamente en la fabricación de materiales”.

www.polyu.edu.hk

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