INVESTIGACIÓN Y DISEÑO


Tratamiento térmico para que los metales impresos en 3D soporten condiciones extremas

15/11/2022

CATEGORíA: Nuevos avances MARCA: Massachusetts Institute of Technology

Una técnica, desarrollada en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.), que transforma la estructura microscópica de los metales puede permitir la impresión 3D energéticamente eficiente de palas para turbinas de gas o motores a reacción.


Un nuevo tratamiento térmico desarrollado por el MIT transforma la estructura microscópica de los metales impresos en 3D, lo que hace que los materiales sean más fuertes y resistentes en entornos térmicos extremos.

La técnica podría hacer posible la impresión en 3D de álabes de alto rendimiento para turbinas de gas y motores a reacción que generan energía, lo que permitiría nuevos diseños con un mejor consumo de combustible y eficiencia energética. Los álabes de las turbinas de gas actuales se fabrican mediante procesos de fundición convencionales en los que el metal fundido se vierte en moldes complejos y se solidifica direccionalmente. Estos componentes están hechos de algunas de las aleaciones de metal más resistentes al calor en la Tierra, ya que están diseñados para girar a altas velocidades en gas extremadamente caliente, extrayendo trabajo para generar electricidad en plantas de energía y empuje en motores a reacción.

 

Una varilla delgada de superaleación impresa en 3D se extrae de un baño de agua y se pasa por una bobina de inducción, donde se calienta a temperaturas que transforman su microestructura, lo que hace que el material sea más resistente. El nuevo tratamiento térmico del MIT podría utilizarse para reforzar las palas de las turbinas de gas impresas en 3D.

© Dominic David Peachey / MIT

 

Existe un interés creciente en la fabricación de álabes de turbinas a través de la impresión 3D, que, además de sus beneficios ambientales y económicos, podría permitir a los fabricantes producir rápidamente geometrías de álabes más complejas y eficientes desde el punto de vista energético. Pero los esfuerzos para imprimir álabes de turbina en 3D aún tienen que superar un gran obstáculo: la fluencia.

 

En metalurgia, la fluencia se refiere a la tendencia de un metal a deformarse permanentemente ante la tensión mecánica persistente y las altas temperaturas. Si bien los investigadores han explorado la impresión de álabes de turbinas, han descubierto que el proceso de impresión produce granos finos del orden de decenas a cientos de micrones de tamaño, una microestructura que es especialmente vulnerable a la fluencia.

 

“En la práctica, esto significaría que una turbina de gas tendría una vida más corta o una menor eficiencia de combustible”, dice Zachary Cordero, profesor de desarrollo de carrera de Boeing en aeronáutica y astronáutica en el MIT. “Estos son resultados costosos e indeseables”.

 

Cordero y sus colegas encontraron una manera de mejorar la estructura de las aleaciones impresas en 3D agregando un paso adicional de tratamiento térmico, que transforma los granos finos del material impreso en granos "columnares" mucho más grandes, una microestructura más resistente que debería minimizar el material. potencial de fluencia, ya que las “columnas” están alineadas con el eje de mayor tensión. Los investigadores dicen que el método, descrito, despeja el camino para la impresión industrial en 3D de álabes de turbinas de gas.

 

Más información en https://news.mit.edu

 

 

 

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