4 materiales hechos a medida creados para la fabricación aditiva

Con el continuo crecimiento de la fabricación aditiva, las empresas y los investigadores han ideado varias subtecnologías, complementos y medios para optimizar las impresiones. Sin embargo, otro medio de lograr un objeto optimizado es optimizar el material que se utiliza. Esto ha dado lugar a varios materiales fabricados para la impresión 3D, todos los cuales exhiben propiedades ideales logradas a través de un control preciso.

Algunos de estos materiales han sido diseñados muy específicamente para o con impresión 3D y, por lo tanto, presentan a la tecnología características y características nuevas y novedosas. Estos son algunos de los materiales más prometedores:

Scalmalloy

Crédito de la foto:Beamler

Promocionado como el primer material original desarrollado específicamente para la impresión 3D, esta mezcla de escandio (SC), aluminio (AL) y magnesio (M) se amalgama en una sola aleación. El material fue desarrollado y patentado originalmente por APWorks, una subsidiaria del grupo Airbus. Como material de impresión de metal, presenta algunas características únicas, como una mayor resistencia (principalmente debido a la presencia de escandio).

En términos de resistencia, puede superar al aluminio tradicional y muchas de sus aleaciones derivadas. Es incluso más fuerte que el titanio además de ser liviano y resistente a la corrosión. Por supuesto, el material puede ser costoso de crear porque contiene escandio, que es un metal raro que también es costoso de extraer de sus minerales. Los precios del escandio pueden fluctuar entre 4000 USD y 20 000 USD por kilogramo, y las principales ubicaciones mineras se encuentran en China y Rusia.

Scalmalloy es más útil para piezas duraderas y de alta resistencia. Es por eso que se está volviendo popular en la industria automotriz y la robótica, a menudo como parte de los intercambiadores de calor. Como se podría sospechar, Scalmalloy también juega un papel fundamental en su industria de origen:la aeroespacial.

Materiales SLM de nueva generación

Crédito de la foto:TU Graz        

Este metal fue cortesía de TU Graz de Austria, aplicando una mezcla de nitruro de silicio para desarrollar acero inoxidable dedicado metal-AM. Conocidos como materiales NewGen SLM, presentan reacciones más controladas durante el proceso de formación, lo que resulta en un mejor acabado superficial y minimiza la necesidad de soportes. El acero inoxidable 316L es uno de los materiales más comunes con usos en múltiples industrias a nivel mundial y la versión NewGen presenta características mejoradas específicamente para la impresión con Fusión Selectiva por Láser.

Los investigadores probaron varias versiones del brebaje de acero inoxidable modificado con múltiples mezclas. Al probar las propiedades mecánicas y la porosidad de otros materiales, llegaron a la conclusión de que las distorsiones en la sinterización se podían reducir mediante un control estricto del nitruro de silicio y los boros que contiene. Publicaron estos hallazgos en el artículo académico "Improving the Dimensional Stability and Mechanical Properties of AISI 316L + B Sinters by Si3N4 Addition".

Como los boruros aumentan la densidad del sinterizado, no se fusionan bien en los materiales a base de hierro. Como resultado, se pueden formar capas no deseadas alrededor de la partícula. El nitruro de silicio mitiga este factor y conduce a un mejor acabado superficial. Los investigadores han modificado el polvo de metal no solo para mejorar las propiedades mecánicas y de uso final, sino también para que los materiales NewGen SLM requieran menos estructuras de soporte. Al hacerlo, el acero inoxidable modificado puede ser incluso más ligero que las impresiones metálicas convencionales.

Actualmente, los investigadores todavía están comercializando este material en particular. También están mejorando esta línea de investigación para probar otros materiales que puedan beneficiarse de formas similares. Su trabajo ha recibido aviso y están trabajando con un programa de becas derivadas para establecer una puesta en marcha adecuada.

Aleación de aluminio de alta resistencia impresa en 3D

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Inventado por HRL Laboratories, esta variedad particular de aluminio fue comercializada recientemente y registrada por la Asociación del Aluminio. El aluminio de alta resistencia fabricado aditivamente también marcó el primer registro de tal aleación de la Asociación de Aluminio, recibiendo el número de registro 7A77.50 para el polvo de aluminio y el número 7A77.60L para la propia aleación impresa.

Este material también fue especial porque marcó el nuevo sistema de registro de aleaciones aditivas de la asociación en febrero de 2019. Este fue un resultado directo de los diversos materiales nuevos que surgieron debido a las capacidades de fabricación aditiva. Esta fue la primera aleación de este tipo en ser imprimible.

Químicamente, la aleación se desarrolló utilizando la técnica de funcionalización de nanopartículas de HRL. Este material en particular utiliza nanopartículas a base de circonio, sin embargo, la ventaja real de este modo de producción de material es que podría aplicarse a una amplia variedad de otros metales y aleaciones que a menudo se consideran no imprimibles. Como resultado, HRL también está investigando otras formas en las que se pueden introducir nuevos materiales en el mundo de la impresión 3D.

Cristalografía, metamateriales y la estructura plástica más rígida del mundo

Crédito de la foto ETH Zúrich/MIT

Los arreglos de nuevos materiales no siempre consisten en descubrir un nuevo material o alterar la composición química de un material para hacerlo imprimible, como ilustran los ejemplos anteriores. A veces, una nueva forma de utilizar los materiales existentes puede proporcionar algo extraordinario. Este fue el caso de varias estructuras de materiales que contenían materiales estructurados de tal manera que producen resultados emocionantes.

Un proyecto combinado entre MIT y ETH Zurich se presenta como un ejemplo. Los investigadores crearon un material con la mayor relación rigidez/peso posible reorganizando la construcción de plásticos a escala nanométrica. Esto dio como resultado un material que era muy rígido, al tiempo que equilibraba esta rigidez con un peso relativamente bajo. En esencia, habían desarrollado el material más rígido posible, estando bastante cerca de los límites teóricos que permite la física simplemente modificando la forma en que se organiza su microestructura.

Este tipo de relación rigidez-peso es crucial para los implantes médicos, aviones y autos de carreras de alta resistencia. Como se mencionó anteriormente, la idea principal no está tanto en el material en uso como en la construcción a microescala. Con el uso de patrones intrincados de vigas, fajas y arcos, los investigadores maximizaron la fuerza y ​​la resistencia.

Del mismo modo, los investigadores de la Universidad de Sheffield y el Imperial College estaban investigando el uso de nuevas microestructuras en las impresiones para mejorar la durabilidad, con la esperanza de crear nuevas formas de imprimir aleaciones. Su trabajo en el uso de metamateriales cristalográficos hizo uso de modelos atómicos por computadora para crear estas estructuras nunca antes vistas. Estas estructuras cristalinas, como las describieron, dan como resultado impresiones que salen sin límites de grano, siendo continuas e ininterrumpidas. Esto le da a la impresión final una mejor tolerancia al daño, fuerza y ​​tenacidad.

Dichos materiales tienen arreglos periódicos de nodos y puntales, lo que los hace livianos y exhibe una combinación de propiedades que no ocurren en los sólidos convencionales. Al emplear los mecanismos de endurecimiento que se encuentran en los materiales cristalinos para desarrollar materiales robustos y tolerantes a los daños, crearon materiales imprimibles que la fabricación sustractiva no podría lograr.

Una idea similar impregna el campo de la impresión 4D, donde las microestructuras están tan delicadamente equilibradas que convierten los materiales promedio en robots o elementos funcionales con varios arreglos. La impresión 3D a menudo brinda estas capacidades para retocar los detalles más pequeños hasta que cumplen un propósito diseñado y fomenta la creación de nuevas formas dentro del mundo de la fabricación y la investigación.