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Influencia de la tasa de reciclaje del polvo en la fabricación aditiva de metales

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Comprender la diferencia del comportamiento de la degradación del polvo

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En los últimos años, el coste de fabricación de los aditivos para materiales avanzados no ha dejado de aumentar para proporcionar polvos especiales para aplicaciones aeroespaciales, de defensa nacional y biomédicas.

Comprender la diferencia del comportamiento de degradación del polvo

Los diferentes tipos de polvos mostrarán diferentes cambios de rendimiento después de uno o más ciclos de impresión. El Inconel 718 tiene estabilidad química en el proceso de reciclado, pero está limitado por las propiedades físicas, como la forma y la fluidez, a la hora de evaluar la reutilización. Cuando estos materiales se funden a temperaturas más elevadas, el material que rodea la fusión se deforma y se sinteriza, lo que hace que las partículas de polvo sean más grandes e inutilizables. El polvo de aleación de titanio es más fácil de absorber el oxígeno, y cuanto mayor sea el contenido de oxígeno en el polvo, mayor será el fallo de impresión. Por lo tanto, es necesario prestar atención a la oxidación del polvo en todo momento, y sus tiempos de uso serán muy limitados.

Entender el comportamiento de degradación de los diferentes tipos de polvo es importante para el desarrollo de normas para el reciclaje de polvo.

En un estudio sobre la recuperabilidad de los materiales de alta temperatura, se analizó el polvo de múltiples ciclos de impresión para comprender la influencia en el rendimiento del polvo y de las piezas. Durante el proceso de impresión múltiple, el polvo satélite unido a las partículas de polvo más grandes comenzó a separarse y a formar partículas individuales más pequeñas. Al mismo tiempo, las partículas de polvo comenzaron a fusionarse para formar agregados, y las partículas agregadas se rompieron en partículas finas incompletas. Todo esto afectará a la fluidez y a la densidad aparente del polvo, haciendo que la distribución del tamaño de las partículas del polvo sea más amplia, y aumentando el contenido de oxígeno del polvo. Sin embargo, tras utilizar el mismo lote de polvo durante 13 ciclos consecutivos, el polvo seguía cumpliendo la especificación de composición y cumplía los requisitos de reutilización.

Dos métodos para mejorar la tasa de reciclaje del polvo

Para mejorar la reutilización del polvo metálico, es necesario identificar tecnologías cualificadas para reparar el polvo no cualificado y hacerlo reutilizable. Un método popular es mezclar el nuevo polvo con el viejo antes de cada construcción. Puede reducir el contenido de oxígeno en el polvo y ajustar las propiedades físicas, como la distribución del tamaño de las partículas y la densidad aparente del polvo, pero no existe una norma de mezcla establecida, por lo que los usuarios confían en la experiencia para determinar la proporción óptima. Estos intentos suelen variar en función del material utilizado y del tipo de piezas fabricadas.

Otra tecnología de reparación razonable es la del plasma de inducción, que envía el polvo con forma irregular y poca fluidez al plasma de inducción, lo calienta y funde rápidamente a alta temperatura para formar gotas, y las gotas se reúnen en una bola bajo la acción de la tensión superficial, y se solidifican durante la caída, obteniendo así partículas de polvo esféricas.

Al refundir y curar las partículas de polvo, la porosidad se reduce y la densidad del polvo aumenta. Aumentando la temperatura de fusión del plasma y modificando el gas protector, se pueden eliminar las impurezas de forma selectiva para mejorar la pureza del polvo. El instituto de investigación EWI ha realizado algunos estudios iniciales con este método, pero antes de evaluar la viabilidad de la reparación del polvo, es necesario realizar más pruebas.

Desarrollar directrices industriales para mejorar la trazabilidad

Todavía queda mucho trabajo por hacer en la tecnología de reparación del polvo. Por ejemplo, aunque la mezcla de polvos viejos y nuevos puede reducir el contenido total de oxígeno del polvo, éste sigue conteniendo partículas con alto contenido de oxígeno. Si estas partículas acaban entrando en la pieza, se producirá un fallo catastrófico de la misma. Algunos estudios han demostrado que el mayor contenido de oxígeno en el polvo de Ti6Al4V provoca una menor resistencia a la tracción de las piezas.

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