La aleación de titanio más dura del mundo creada con tecnología de impresión 3D

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Los científicos han logrado nuevos resultados al aplicar la tecnología de impresión 3D a las aleaciones de titanio, duplicando la resistencia del material y ampliando sus posibles aplicaciones en la industria aeroespacial.

Nueva aleación de titanio con una resistencia a la fatiga récord. Foto: iStock — Nueva aleación de titanio con una resistencia a la fatiga récord. Foto: *iStock*

La Academia China de Ciencias (CAS) detalló el logro en la investigación publicada en la revista Nature el 28 de febrero. La investigación es el resultado de una colaboración entre los científicos Zhang Zhenjun y Zhang Zhefeng del Laboratorio Clave de Ciencia de Materiales de Shenyang, Instituto de Investigación de Materiales de CAS, y Robert Ritchie en la Universidad de California, Berkeley. Según el artículo, la idea de la investigación nació en China y las muestras de material también se crearon allí. Ritchie participó en la revisión del proceso.

Aunque la impresión 3D revoluciona la fabricación, el proceso se utiliza de forma bastante limitada en la fabricación de piezas que requieren alta resistencia a la fatiga. La resistencia a la fatiga es la capacidad de una pieza de una máquina para resistir daños por fatiga, como picaduras en los engranajes y grietas en la superficie.

La impresión 3D de metal utiliza láseres para fundir polvo de metal y colocarlo en capas para formar formas complejas en poco tiempo, lo que la hace perfecta para fabricar rápidamente componentes grandes y complejos. Sin embargo, el alto calor generado por el potente rayo láser comúnmente utilizado en el proceso de impresión conduce a la formación de bolsas de aire dentro de la pieza, lo que afecta el rendimiento de la aleación. Estos pequeños agujeros pueden convertirse en una fuente de concentración de tensiones, provocando agrietamiento prematuro y reduciendo la vida útil por fatiga del material.

Para resolver el problema mencionado, el equipo de investigación decidió producir una aleación de titanio sin poros. Desarrollaron un proceso utilizando Ti-6Al-4V, una aleación de titanio, aluminio y vanadio, que logró la mayor resistencia a la fatiga de cualquier aleación de titanio conocida hasta la fecha. Según Zhang Zhenjun, el proceso comienza con un prensado isotérmico en caliente para eliminar los agujeros de aire, seguido de un enfriamiento rápido antes de que puedan ocurrir cambios en la estructura interna de la aleación. El proceso proporciona una aleación porosa con un aumento del 106% en la resistencia a la fatiga por tracción, desde los 475 MPa convencionales a 978 MPa, estableciendo un récord mundial.

Zhang Zhenjun dijo que el logro promete muchas aplicaciones en industrias que requieren materiales livianos, como la industria aeroespacial y los vehículos de nueva energía. Hasta ahora, el material sólo se ha producido a escala de prototipo, que tiene forma de mancuerna y cuya parte más delgada mide 3 mm, demasiado pequeña para una aplicación práctica. Aunque la tecnología aún está en fase experimental, tiene un gran potencial para fabricar dispositivos complejos.

Según CAS, muchas piezas aeroespaciales, incluidas la boquilla de los cohetes de la NASA, el fuselaje del avión de combate J-20 y la boquilla de combustible del avión C919 de China, se crean utilizando tecnología de impresión 3D. Con la capacidad de ampliar la escala en el futuro, las nuevas tecnologías se aplicarán más ampliamente.

An Khang (según Tech Times )

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