la impresión 3D puede producir fácilmente piezas metálicas con estructuras complejas y propiedades de bajo peso, lo que resulta altamente atractivo para equipos de gama alta de próxima generación, como aeronaves y naves espaciales, que buscan la reducción de peso y la integración. Sin embargo, las piezas metálicas fabricadas mediante impresión 3D suelen presentar un defecto crítico: un rendimiento deficiente frente a la fatiga, es decir, son propensas a agrietarse por fatiga bajo cargas cíclicas, lo que limita gravemente sus aplicaciones clave. Recientemente, un equipo dirigido por los investigadores Zhang Zhefeng y Zhang Zhenjun del Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias (IMR, CAS) ha desarrollado una nueva tecnología de postprocesamiento para impresión 3D. El material de aleación de titanio producido mediante esta tecnología NAMP exhibe una resistencia a la fatiga sin precedentes bajo diversas condiciones de relación de tensiones, superando su rendimiento integral frente a la fatiga a todos los materiales metálicos conocidos hasta la fecha, eliminando así un obstáculo importante para la aplicación de la tecnología de impresión 3D en campos de alta precisión y vanguardia. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Science Advances.
A principios de 2024, el equipo inventó un nuevo proceso NAMP que permite controlar con precisión la estructura interna y los defectos de los materiales. El Ti-6Al-4V, una de las aleaciones de titanio más utilizadas preparadas mediante este proceso, puede eliminar tanto las microporosidades como las microestructuras gruesas, ambas causantes principales de la fatiga. Este nuevo material rompió el récord mundial de «resistencia específica a la fatiga» bajo condiciones de relación de tensión «tracción-tracción».
Sin embargo, piezas reales como las palas de motores de aeronaves y los trenes de aterrizaje están sometidas a condiciones de esfuerzo extremadamente complejas, que incluyen no solo escenarios de "tracción-tracción", sino también de "tracción-compresión", lo que significa que la relación de esfuerzo es variable. Distintas relaciones de esfuerzo pueden desencadenar diferentes mecanismos de daño en el interior del material. Las microestructuras de las aleaciones tradicionales de titanio suelen tener limitaciones: funcionan bien únicamente bajo ciertas relaciones de esfuerzo específicas, pero pueden presentar un rendimiento deficiente cuando dicha relación varía. Esto dificulta enormemente la fabricación de un material capaz de ofrecer un buen rendimiento en todas las condiciones de trabajo.
Frente a este reto más complejo, el equipo de investigación identificó varios eslabones débiles en las aleaciones de titanio que son propensos a la fisuración por fatiga y los modos de tensión bajo los cuales se producen. Mediante el proceso NAMP, fabricaron estructuras impresas en 3D casi libres de poros que permiten optimizar simultáneamente todos los eslabones débiles. Esta aleación de titanio impresa en 3D posee la característica de mantener una alta resistencia a la fatiga bajo condiciones de relación de tensión completa.
Los datos experimentales muestran que, en ensayos de fatiga realizados con distintas relaciones de tensión, la resistencia a la fatiga de este nuevo material no solo supera a la de todas las aleaciones de titanio, sino que su «resistencia específica a la fatiga» es globalmente superior a la de todos los materiales metálicos, estableciendo así un nuevo récord mundial.
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