[ad_1]
Los materiales críticos para muchas aplicaciones aeroespaciales y de generación de energía importantes deben ser capaces de soportar condiciones extremas, como altas temperaturas y tensiones de tracción, sin fallar. Ahora, un equipo de ingenieros dirigido por el MIT informa sobre una forma simple y económica de fortalecer uno de los principales materiales que se utilizan hoy en día en este tipo de aplicaciones.
Además, el equipo cree que su enfoque general, que implica la impresión 3D de polvo metálico reforzado con nanocables cerámicos, podría usarse para mejorar muchos otros materiales. “Todavía existe una gran necesidad de desarrollar materiales de mejor rendimiento para entornos extremos. Creemos que este método tiene un gran potencial para otros materiales en el futuro”, dice Ju Li, profesor de Ingeniería Nuclear de Battelle Energy Alliance y profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (DMSE) del MIT.
Li, quien también está afiliado al Laboratorio de Investigación de Materiales (MRL), es uno de los tres autores correspondientes de un artículo sobre el trabajo que apareció en la edición del 5 de abril de Fabricación aditiva. Otros autores correspondientes son el profesor Wen Chen de la Universidad de Massachusetts en Amherst y el profesor A. John Hart del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Los coautores del artículo son Emre Tekoğlu, becario postdoctoral del MIT en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear (NSE); Alexander D. O’Brien, estudiante de posgrado en NSE; y Jian Liu de UMass Amherst. Los otros autores son Baoming Wang, un postdoctorado del MIT en DMSE; Sina Kavak de la Universidad Técnica de Estambul; Yong Zhang, especialista en investigación de MRL; Así que Yeon Kim, estudiante de posgrado de DMSE; Shitong Wang, estudiante de posgrado en NSE; y Duygu Agaogullari de la Universidad Técnica de Estambul.
Hacia un mejor desempeño
El enfoque del equipo comienza con Inconel 718, una popular «superaleación» o metal capaz de soportar condiciones extremas como temperaturas de 700 grados Celsius (alrededor de 1300 grados Fahrenheit). Muelen polvos comerciales de Inconel 718 con una pequeña cantidad de nanocables de cerámica, lo que da como resultado «la decoración homogénea de nanocerámica en las superficies de las partículas de Inconel», escribe el equipo.
El polvo resultante se utiliza luego para crear piezas mediante fusión de lecho de polvo láser, una forma de impresión 3D. Este proceso consiste en imprimir capas delgadas de polvo que se exponen a un láser que viaja a través del polvo y lo derrite en un patrón específico. Luego, se extiende otra capa de polvo encima y el proceso se repite con el láser moviéndose para derretir el patrón de la nueva capa y unirlo con la capa de abajo. El proceso general puede producir piezas 3D complicadas.
Los investigadores encontraron que las piezas hechas de esta manera con su nuevo polvo tenían significativamente menos porosidad y menos grietas que las piezas hechas solo con Inconel 718. Y esto, a su vez, conduce a piezas significativamente más fuertes que también tienen otras ventajas. Por ejemplo, son más dúctiles, o estirables, y tienen una resistencia mucho mejor a la radiación y las cargas de alta temperatura.
Además, el proceso en sí no es costoso porque “funciona con las máquinas de impresión 3D existentes. Simplemente use nuestro polvo y obtendrá un rendimiento mucho mejor”, dice Li.
Xu Song, profesor asistente de la Universidad China de Hong Kong que no participó en el trabajo, comenta: «En este artículo, los autores proponen un nuevo método para imprimir compuestos de matriz metálica de Inconel 718 reforzado con [ceramic] nanocables La disolución cerámica in situ inducida por el proceso de fusión por láser mejoró la resistencia al calor y la fuerza de Inconel 718. Además, los refuerzos in situ redujeron el tamaño del grano y eliminaron los defectos. La futura impresión 3D de aleaciones metálicas, incluida la modificación para cobre de alta reflectividad y la supresión de fracturas para superaleaciones, puede beneficiarse claramente de esta técnica.
Un gran espacio nuevo
Li dice que el trabajo «podría abrir un nuevo y enorme espacio para el diseño de aleaciones» porque la velocidad de enfriamiento de las capas ultrafinas de aleaciones metálicas impresas en 3D es mucho más rápida que la velocidad de las piezas a granel creadas con métodos convencionales de solidificación por fusión. Como resultado, “muchas reglas sobre la composición química que se aplican a la fundición a granel no parecen aplicarse a este tipo de impresión 3D. Así que tenemos un espacio compositivo mucho más grande para explorar en busca de metal base con adiciones de cerámica.
Emre Tekoğlu, uno de los principales autores de Fabricación aditiva paper, dice: “Esta composición fue una de las primeras que decidimos, por lo que fue muy emocionante obtener estos resultados en la vida real. Queda un vasto espacio para la exploración. Continuaremos explorando nuevas formulaciones de compuestos de Inconel para encontrar materiales que puedan soportar entornos más extremos.
Alexander O’Brien, otro autor principal, dice: “La precisión y escalabilidad que viene con la impresión 3D ha abierto un mundo de nuevas posibilidades para el diseño de materiales. Nuestros resultados aquí son un primer paso emocionante en un proceso que seguramente tendrá un gran impacto en el diseño para la generación de energía nuclear, aeroespacial y de todo tipo en el futuro.
Este trabajo fue apoyado por Eni SpA a través de MIT Energy Initiative, National Science Foundation y ARPA-E.
[ad_2]