Solución al reto de imprimir objetos metálicos en 3D

Un nuevo enfoque de la impresión 3D ha establecido las bases teóricas para fusionar filamentos hechos de vidrio metálico en objetos metálicos.

Jan Schroers, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en la Universidad de Yale y Desktop Metal, Inc., señala que la impresión 3D de termoplásticos está muy avanzada, pero la impresión 3D de metales es limitada y sigue siendo un desafío. La razón es que los metales generalmente no existen en un estado en el que puedan extruirse fácilmente.

"Hemos demostrado teóricamente en este trabajo (publicado en la revista Materials Tody) que podemos utilizar una gama de vidrios metálicos a granel y estamos trabajando para que el proceso sea más práctico y comercialmente utilizable para hacer que la impresión 3D de metales sea tan fácil y práctica como la impresión 3D de termoplásticos", dijo Schroers.

A diferencia de los metales convencionales, los vidrios metálicos a granel (BMG) tienen una región líquida súper enfriada en su perfil termodinámico y pueden sufrir un ablandamiento continuo al calentarse, un fenómeno presente en los termoplásticos, pero no en los metales convencionales. El profesor Schroers y sus colegas han demostrado que los BMG se pueden utilizar en la impresión 3D para generar componentes metálicos sólidos de alta resistencia en condiciones ambientales del tipo utilizado en la impresión 3D termoplástica.

El nuevo trabajo podría eludir los compromisos obvios al elegir componentes termoplásticos sobre componentes metálicos, o viceversa, para una gama de materiales y aplicaciones de ingeniería. La fabricación aditiva de componentes metálicos se ha desarrollado previamente, donde se usa un proceso de fusión de lecho de polvo; sin embargo, esto explota una fuente de calentamiento altamente localizada, y luego la solidificación de un metal en polvo conformado en la estructura deseada. Este enfoque es costoso y complicado y requiere estructuras de soporte difíciles de manejar que no se vean distorsionadas por las altas temperaturas del proceso de fabricación.

El enfoque adoptado por Schroers y sus colegas simplifica la fabricación aditiva de componentes metálicos explotando el comportamiento suavizante único entre los metales de los BMG. Junto con este plástico, las características similares son de alta resistencia y límites elásticos, alta resistencia a la fractura y alta resistencia a la corrosión. El equipo se ha centrado en una BMG hecha de zirconio, titanio, cobre, níquel y berilio, con fórmula de aleación: Zr44Ti11Cu10Ni10Be25. Este es un material de BMG bien caracterizado y fácilmente disponible.

El equipo utilizó varillas amorfas de 1 milímetro (mm) de diámetro y 700 mm de longitud. Se usa una extrusión templada de 460 grados Celsius y una fuerza de extrusión de 10 a 1,000 Newtons para forzar las fibras ablandadas a través de una boquilla de 0,5 mm de diámetro. Las fibras se extruyen luego en una malla de acero inoxidable a 400 grados Celsius en donde la cristalización no ocurre hasta que ha transcurrido al menos un día, antes de que se pueda llevar a cabo una extrusión controlada de manera robótica para crear el objeto deseado.