Creando lo nuevo con manufactura aditiva

Creando lo nuevo con manufactura aditiva
January 2023
By: WILLIAM MOHR
WJEE Jan 23 - Editorial - Mohr
William Mohr, Ingeniero jefe, Integridad Estructural EWI, Presidente, D20

La manufactura aditiva (AM, por sus siglas en inglés) de metales es un campo en expansión cuya base es el conocimiento del comportamiento de la soldadura de aleaciones y de los metales. La MA crea nuevos materiales fundiendo capa por capa de materia básica con el uso de un plan de calentamiento controlado por computadora. Este proceso ha sido posible mediante la mejora de algoritmos de control por computadora y planeación de vías térmicas robóticas.

Tanto la soldadura por fusión como la soldadura de estado sólido crean estructuras unidas más grandes que sus materiales iniciales y, en ese sentido, son aditivas y no sustractivas como lo es el maquinado. La AM aporta otro nivel de planeación a ese proceso de adición de metal y luego se enfoca en el nuevo material que se crea al final del proceso. Ahora pueden construirse componentes estructurales completos a partir de material de AM y un solo tipo de materia básica que ha sido estandarizado.

Las personas relacionadas con la soldadura pueden ver que hacer partes mediante la AM es localmente un simple proceso más de soldadura. Eso se aplica tanto para procesos de fusión de cama de polvo (PBF, por sus siglas en inglés), los cuales pueden usar rayos de densidad de alta energía como láseres o rayos de electrones, como para procesos de deposición de energía dirigida (DED, por sus siglas en inglés), los cuales usan materia básica introducida localmente. La DED puede usar diversos procesos de arco y rayo. Estas mismas fuentes de calor se usan para soldadura.

Muchos sectores industriales están empezando a ver cómo la AM puede llenar ciertos nichos para estructuras metálicas. Estos sectores incluyen el aeroespacial y el médico, así como las áreas de defensa, de energía y de contenedores a presión, las cuales recientemente agregaron documentos para el uso de la AM. Debido al aumento de interés en este proceso, la AWS está trabajando en el desarrollo de mejoras al actual estándar AWS D20.1, Specification for Fabrication of Metal Components Using Additive Manufacturing (Especificación para la fabricación de componentes metálicos usando manufactura aditiva), el cual cubre diversos procesos de AM. Su participación en las actividades de los comités de códigos puede mejorar éste y otros estándares de la AWS.

El tipo de nichos más adecuado para la AM tiene equipos de producción como moldes y partes geométricas ajustadas individualmente, como por ejemplo implantes estructurales para usos médicos, dentales y veterinarios. La AM tiene un mayor control geométrico que muchos procesos de creación de formas para metales, por lo que es una consideración que se ha discutido ampliamente para PBF. Tanto la DED como la PBF demandan menos herramental que otros procesos para lograr formas finales, por lo que la velocidad para producir partes finales, particularmente para producciones pequeñas de partes, puede ser una gran ventaja. La AM no necesita crear un componente terminado en su totalidad debido a que se necesita siempre una base original. La rehabilitación y el reformado son otras opciones para nichos.

La AM puede impulsar nuevos desarrollos que pueden ser útiles en otras situaciones que entran de manera más natural en la soldadura. Por ejemplo, la DED por arco crea nuevo material usando planeación de trayectorias y arreglos por capas de cordones de soldadura, similares a las soldaduras a tope de pasadas múltiples por arco y soldaduras en filete. Las demandas de AM para control en la forma del cordón, la posición y la altura de la capa están desafiando los límites de los procesos de DED por arco para el control de lazo cerrado y de ajuste. Estas mejoras en el control luego pueden estar disponibles para los procesos de soldadura robótica por arco para soldaduras a tope y en filete.

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