Alto

La producción industrial de aleaciones de titanio siempre ha estado plagada de desafíos asociados con la calidad y la gestión de residuos. Científicos de ingeniería de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU), en colaboración con la Universidad RMIT y la Universidad de Sydney, han utilizado con éxito la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, para resolver estos problemas de larga data en la producción de aleaciones de titanio. El estudio de investigación, titulado "Aleaciones de titanio, oxígeno y hierro fuertes y dúctiles mediante fabricación aditiva", se publicó recientemente en Nature.

Las aleaciones de titanio son materiales ligeros avanzados que desempeñan un papel indispensable en muchas aplicaciones críticas. El descubrimiento por parte del equipo de investigación del uso innovador de la fabricación aditiva para la producción de aleaciones de titanio y potencialmente otros materiales metálicos ofrece numerosas ventajas, como costes reducidos, rendimiento mejorado y gestión sostenible de residuos.

Mediante el uso de impresión 3D, el equipo de investigación ha producido una nueva aleación de titanio resistente, dúctil y sostenible (aleación α-β Ti-O-Fe). Estas propiedades se logran mediante la incorporación de oxígeno y hierro abundantes y económicos, que son los dos elementos estabilizadores y fortalecedores más poderosos para las aleaciones de titanio en fase α-β. La nueva aleación de titanio exhibe un inmenso potencial para diversas aplicaciones, que van desde la ingeniería aeroespacial y marina hasta la electrónica de consumo y los dispositivos biomédicos.

En comparación con el material de referencia Ti-6AI-4V, que se ha utilizado ampliamente desde su formulación en 1954, la nueva aleación de titanio producida por el equipo de investigación demuestra un mejor rendimiento mecánico, con una ductilidad comparable y una resistencia considerablemente mayor.

Aunque también se pueden utilizar métodos de fabricación tradicionales, como la fundición, para producir la nueva aleación de titanio, las malas propiedades del material resultante pueden hacerlo inadecuado para la ingeniería práctica. La fabricación aditiva supera eficazmente las limitaciones de los métodos tradicionales para mejorar las propiedades de las aleaciones.

El proceso Kroll, que consume mucha energía y se utiliza normalmente para producir aleaciones de titanio, genera titanio esponjoso de mala calidad, que representa aproximadamente el 10 % de todo el titanio esponjoso, lo que genera un desperdicio sustancial y un aumento de los costos de producción. La fabricación aditiva aborda eficazmente este problema al permitir el reciclaje de titanio esponjoso de baja calidad, convirtiendo los desechos en polvo para su uso como materia prima.

El Dr. Zibin CHEN, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas de PolyU, ganador del Premio Joven Investigador Innovador 2022 y autor principal de la investigación, afirmó: "Nuestro trabajo puede facilitar el reciclaje de más del 10% de la "Residuos generados por la industria de producción de aleaciones metálicas. Esto puede reducir significativamente los costos de materiales y energía para las industrias, contribuyendo a la sostenibilidad ambiental y la reducción de la huella de carbono".

La investigación integra diseño de aleaciones, simulaciones computacionales y caracterización experimental para explorar el espacio de propiedades, microestructura y proceso de fabricación aditiva para la nueva aleación de titanio (aleación α-β Ti-O-Fe).

El estudio destaca que la fabricación aditiva permite la producción en un solo paso de piezas metálicas complejas y funcionales, acelerando así el desarrollo de productos con costes reducidos. Además, se puede utilizar para fabricar piezas metálicas con estructuras y composiciones únicas, que no se pueden lograr con métodos tradicionales.

En términos de mejora de la calidad, la fabricación aditiva permite ajustar la microestructura de las aleaciones metálicas, lo que da como resultado una mayor resistencia, flexibilidad y resistencia a la corrosión y al agua. Además, se pueden fabricar piezas metálicas ligeras pero resistentes con patrones internos intrincados. Este avance en la investigación abre posibilidades para estrategias de diseño de materiales holísticas y sostenibles facilitadas por la impresión 3D.

El Prof. Keith KC CHAN, catedrático de Ingeniería de Fabricación en el Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas de PolyU y coautor del estudio, señaló: "Este trabajo puede servir como modelo o punto de referencia para otras aleaciones metálicas que utilizan impresión 3D". para potenciar sus propiedades y ampliar su aplicabilidad. La impresión 3D en metal es un campo emergente y pasará tiempo antes de que se adopte ampliamente en la fabricación de materiales.