"En centros como el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en
Materiales (Instituto IMDEA Materiales), realizan investigaciones de
metalurgia física. Algunas de ellas están orientadas al diseño,
procesado y desarrollo de aleaciones, por ejemplo la creación de nuevas
combinaciones de metales adaptadas a las impresoras 3D.
Y es que no sólo se imprime en tres dimensiones con polímeros
plásticos, en la actualidad ya es posible construir piezas de metal con
geometrías imposibles o partes completas de turbinas de aviones que, por
el método de fabricación convencional, constarían de varias piezas
unidas.
"Comenzamos con esta línea de investigación hace cuatro años, lo
primero fue la fabricación de materiales base, en concreto los polvos
metálicos que funcionan como la tinta para imprimir. El objetivo es
diseñar todo el ciclo de materiales, desde la fabricación hasta la
impresión de la pieza", ha explicado a El Mundo María Teresa Pérez
Prado, directora adjunta del Instituto IMDEA .
Licenciada y doctorada en Ciencias Físicas (especialidad Física de
Materiales) en la Universidad Complutense de Madrid y tras una estancia
breve en la Universidad de Chemnitz, Alemania, Pérez Prado realizó su
tesis doctoral en el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas
(CENIM, CSIC).
Durante su etapa académica, la investigadora ha trabajado
en la Escuela Naval para Postgraduados en Monterey, California; en la
Universidad de California en San Diego y como consultora en la
Universidad Estatal de Oregón, Estados Unidos. Coautora de 1 libro y 100
publicaciones en revistas internacionales, ha sido profesora visitante
en el Instituto Max Planck de Stuttgart, Alemania, en 2006.
Según relata Pérez Prado, "en la actualidad, existen varias técnicas
para la impresión 3D con metales. La más avanzada es la fabricación
aditiva, que es con la que trabajamos en el Instituto". El proceso
comienza con la fabricación de los polvos metálicos. Lo más importante
es conseguir partículas esféricas, para ello se valen de un atomizador
que gracias al gas argón, consigue la esferoidización de la mayoría de
las partículas. Sus tamaños varían de entre las 10 y las 50 micras, para
reducir el tamaño de las capas de impresión y así reducir también la
rugosidad de la pieza final.
La clave es conseguir dar con las variables concretas, como la
potencia idónea del láser, para conseguir piezas que tengan altas
prestaciones. "Si son piezas para motores o turbinas de avión, van a
estar sometidas a altas temperaturas y a mucho desgaste, por lo que es
prioritario reducir el nivel de imperfecciones al mínimo", recalca la
investigadora.
No todos los metales son compatibles con este tipo de fabricación. De
entre los más complicados de tratar se encuentran aleaciones de
aluminio de alta resistencia y aleaciones de cobre, sin embargo, Pérez
destaca el magnesio como el más 'rebelde'. Utilizado antiguamente en la
fotografía como flash, es más ligero que el aluminio, pero también es
altamente inflamable. "Si utilizamos un láser con polvo de magnesio,
todo el sistema de la impresora saldrá ardiendo. Por eso estamos
investigando las modificaciones necesarias en el proceso para que esto
no ocurra", subraya Pérez Prado.
Este material es muy útil para fabricar implantes, puesto que se va
reabsorbiendo en el cuerpo humano. Por ejemplo, Teresa señala el uso de
este material para fabricar clavos absorbibles una vez que el hueso se
empiece a soldar. "La importancia de la impresión 3D radica en la
creación de implantes adaptados a cada paciente, con unas geometrías que
de forma controlada se irían disolviendo. Esto evitaría futuras
intervenciones para la extracción de prótesis. Además, su uso es
completamente seguro puesto que para la fabricación de prótesis siempre
se escogen metales biocompatibles", explica la directora adjunta del
Instituto.
La impresión de metales abre la puerta a un futuro prometedor no sólo
en el sector de la biomedicina, también en el de la ingeniería y la
joyería. Como si de una piedra filosofal se tratase, en la actualidad ya
existen microimpresoras 3D capaces de imprimir con metales preciosos
como el oro.
Además, este proceso de fabricación resulta más ecológico que el
convencional. En la impresora, un rodillo va colocando, de forma
uniforme, una capa de polvo de metal atomizado. Una vez que se ha
distribuido cada capa, un láser de alta potencia fusiona de forma
selectiva el polvo para configurar cada una de las capas de la pieza
final.
"Después de cada impresión, hay polvo que se aglomera y cambia de
propiedades. Entonces, gracias al tamizado, seleccionamos el servible.
En algunos metales, el derroche de material es mínimo, como ocurre con
las superaleaciones de níquel, que resultan ser reutilizables cientos de
veces", afirma Pérez Prado.
En materiales de alto valor añadido como el titanio, el tratamiento
mediante los métodos convencionales de mecanizado y fresado produce
muchos residuos. Sin embargo, estos residuos son muy reciclables por
intrusión 3D." (Imprimalia, 29/06/19)
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