Ingenieros crean aleaciones de aluminio ultrarresistentes y deformables para impresión 3D avanzada

MadridInvestigadores de la Universidad de Purdue han desarrollado un nuevo método para producir aleaciones de aluminio altamente resistentes, ideales para la impresión 3D. Encabezado por Haiyan Wang y Xinghang Zhang, con la colaboración del estudiante de posgrado Anyu Shang, el equipo ha incorporado metales como cobalto, hierro, níquel y titanio al aluminio para crear estructuras nuevas y robustas a una escala diminuta.

El equipo de Wang y Zhang solicitó una patente y publicó su investigación en Nature Communications. Fueron financiados por la Fundación Nacional de Ciencia y la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos.

Los principales beneficios de este nuevo método incluyen:

• Aleaciones de aluminio más fuertes con resistencias superiores a 900 MPa.
• Alta deformabilidad plástica, mejor que las aleaciones tradicionales.
• Eliminación de las grietas en caliente durante la impresión 3D.

Las aleaciones de aluminio de alta resistencia a menudo presentan fisuras cuando se utilizan en la fabricación aditiva. Shang destaca que estas fisuras pueden debilitar el material con el tiempo. Para evitar el agrietamiento, los métodos tradicionales añaden partículas a la aleación, pero esto solo resulta en resistencias de 300 a 500 MPa. En comparación, los aceros suelen estar entre 600 y 1,000 MPa, lo que evidencia la necesidad de aleaciones de aluminio más fuertes.

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El método de Purdue se destaca por utilizar metales que generalmente no se encuentran en las aleaciones de aluminio. Los investigadores fabrican estructuras diminutas de estos metales, las cuales evitan que el material se vuelva frágil. Estas pequeñas estructuras refuerzan y hacen el material más flexible. Una innovación clave consiste en el uso de un láser en la impresión 3D, que permite calentar y enfriar rápidamente los materiales, formando estas estructuras resistentes.

Wang explicó que las nuevas aleaciones tienen una mezcla de pequeñas partículas duras y granos de aluminio más grandes. Esta configuración añade tensión que es beneficiosa para endurecer el metal al trabajarlo. El equipo probó esto y descubrió que las nuevas aleaciones de aluminio son muy resistentes y pueden doblarse sin romperse fácilmente.

Shang afirmó que en estas pruebas las aleaciones mostraron resistencias superiores a 900 MPa, con algunas zonas alcanzando niveles de esfuerzo por encima de 1 GPa. Después de la deformación, los análisis revelaron estructuras de dislocación complejas y fallos de apilamiento en los intermetálicos.

Este nuevo avance representa un gran progreso en la ciencia de materiales, especialmente para las industrias aeroespacial y automotriz. Las aleaciones de aluminio mejoradas podrían dar lugar a piezas más ligeras y resistentes, mejorando el rendimiento y la seguridad de vehículos y aviones. Si este nuevo método se implementa, podría establecer un estándar más alto para las aleaciones de aluminio fuertes y flexibles en la impresión 3D. Hay muchas aplicaciones posibles, lo que promete un futuro brillante para estos materiales en áreas clave.