1. Introducción a la impresión 3D de metales y la tecnología DED.

La fabricación aditiva de metales (FA) ha revolucionado la manufactura tradicional al permitir la producción de estructuras complejas de alto rendimiento que antes eran imposibles de lograr. También ha abierto nuevas vías para el desarrollo de materiales de aleación innovadores, en particular superaleaciones. El desarrollo de materiales metálicos avanzados mediante la tecnología de impresión 3D ha obtenido un importante reconocimiento académico, con numerosas investigaciones relevantes publicadas en revistas de primer nivel como Science y Nature.

2. Desarrollo de superaleaciones tradicionales: desafíos técnicos

Las superaleaciones deben poseer una combinación de alta resistencia, excelente resistencia al calor y excepcional resistencia a la corrosión, lo que requiere un control preciso sobre la composición de la aleación. Los métodos de fabricación tradicionales presentan varios desafíos:

• Complejidad del control de procesosLa fabricación de superaleaciones implica condiciones extremas, como altas temperaturas y presiones, lo que requiere un control preciso de parámetros como la temperatura, el tiempo y la presión.
• Limitaciones de precisión en la fabricaciónSi bien las modernas tecnologías de aprendizaje automático permiten diseñar superaleaciones con proporciones de elementos y microestructuras complejas, las técnicas de fabricación tradicionales tienen dificultades para lograr la precisión requerida en el control de la composición y la microestructura.
• Costo y eficiencia del desarrolloEl proceso de ensayo y error, el consumo de materiales y los largos ciclos de desarrollo hacen que las tecnologías de fabricación tradicionales sean menos eficientes y más costosas.

3. Avance revolucionario con la tecnología DED

El profesor Chinnapat Panwisawas, antiguo investigador sénior de la Universidad de Oxford, destacó que la impresión 3D de metales, en particular la tecnología de deposición de energía dirigida (DED), se ha convertido en una técnica revolucionaria para el desarrollo de superaleaciones.

Las principales ventajas de la tecnología DED incluyen:

• Flexibilidad multimaterialLa tecnología DED puede suministrar simultáneamente materiales en polvo y en forma de alambre, lo que permite cambios dinámicos de material durante el proceso de impresión.
• Materiales clasificados funcionalmente: DED es especialmente adecuada para crear materiales con gradiente funcional, donde la composición cambia de forma continua a lo largo de la pieza.
• Control de procesos en tiempo realParámetros como la velocidad de alimentación, el aporte de energía y la trayectoria de deposición se pueden ajustar en tiempo real, lo que permite un ajuste preciso de las propiedades del material.

Estudios de casos exitosos:
En 2023, el equipo liderado por el profesor Ma en Melbourne Polytechnic desarrolló una aleación de titanio de alta resistencia utilizando la tecnología DED, cuyos resultados se publicaron en NatureEl equipo de investigación utilizó tecnología DED láser combinada con polvo de titanio puro comercial, polvo de hierro atomizado con agua y polvo de TiO2. El estudio logró vincular el proceso de fabricación con la microestructura y el rendimiento de la nueva aleación.

El Centro de Investigación Glenn de la NASA también confirmó que combinar la ciencia computacional con la tecnología de impresión 3D podría reducir los ciclos de desarrollo de materiales de años a semanas o meses.

4. El cabezal de deposición: núcleo de la tecnología DED.

En la tecnología DED, el cabezal de deposición desempeña un papel fundamental en el desarrollo de nuevos materiales. Este cabezal crea un baño de fusión mediante fuentes de calor láser, de plasma o de haz de electrones, y deposita los materiales en forma de polvo o alambre. El material se deposita capa a capa para crear estructuras complejas. El cabezal de deposición controla con precisión el proceso de fusión y deposición, lo que permite un control preciso de la microestructura y el rendimiento del material.

5. Innovaciones nacionales en tecnología DED

En 2024, Greenstone-Tech, en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, desarrolló una revolucionaria tecnología de deposición de energía dirigida por láser coaxial integrada de múltiples haces, que combina 13 años de experiencia en fabricación aditiva por arco. Esta nueva dirección en la tecnología DED —el sistema de hardware híbrido coaxial de arco láser múltiple— representa un avance a nivel mundial.

Aspectos destacados de la innovación:

• Tecnología multicompuestaCombina 6 módulos láser independientes con una fuente de calor de arco para un mejor control.
• Suministro simultáneo de polvo y alambrePermite la alimentación sincronizada de polvo y alambre para una mejor deposición del material.
• Sistema de protección de doble gasGarantiza una protección eficaz del material durante la deposición.

Innovaciones en la preparación de materiales :

• Control preciso de la composiciónEl control independiente de los sistemas de alimentación de alambre y polvo garantiza una composición precisa del material.
• Fabricación de alto rendimientoPermite la producción rápida de grandes cantidades de materiales de diferente composición o gradiente.
• Aleación in situPermite la formación directa de la aleación durante el proceso de impresión, eliminando la necesidad de un tratamiento térmico posterior.
• Fabricación de materiales con gradiente: Permite la creación de materiales con composiciones de gradiente continuo.
• Materiales nanomejoradosGarantiza una dispersión uniforme de las nanopartículas, mejorando el rendimiento del material.

Ventajas del proceso :

• Simplifica el proceso de fabricación y aumenta la eficiencia de la producción.
• Reduce los costes de fabricación y acelera la comercialización.
• Mejora la compatibilidad de los materiales y la precisión de la fabricación.

6. Perspectiva tecnológica

A medida que la tecnología de impresión 3D híbrida coaxial multiláser/arco y multimodo continúa evolucionando, se espera que introduzca nuevas aleaciones y materiales compuestos con combinaciones de rendimiento sin precedentes, incluyendo mayor resistencia, resistencia superior al desgaste y la corrosión, y excelente estabilidad térmica. Greenstone-Tech se compromete a impulsar el desarrollo inteligente y automatizado de esta tecnología, proporcionando soluciones más flexibles y eficientes para las industrias de preparación de materiales y fabricación, y respondiendo rápidamente a las demandas del mercado.