Una investigación analiza cómo se fracturan los metales impresos en 3D
22/09/20
Un estudio de la Universidad Carlos III de Madrid, la Universidad de Texas A&M (EEUU) y el Instituto Tecnológico de Israel ha identificado dos mecanismos que producen la fractura al aplicar carga en materiales metálicos impresos en 3D, utilizados en la industria aeroespacial y automotriz. Este avance, que mejora el conocimiento sobre el comportamiento de los microporos existentes en el interior de estos metales, ayudará a diseñar materiales más resistentes y con aplicaciones en otros campos, como implantes en la industria biomédica.
Reconstrucción de la tomografía de una aleación de aluminio fabricada por técnicas de impresión 3D (microvacíos en color naranja).
La impresión 3D en metales se emplea desde los años 80 para crear una gran diversidad de piezas para diversos sectores industriales. Debido al proceso de fabricación, estos materiales suelen tener minúsculos poros en su interior (del orden de decenas de micrómetros) que pueden crecer cuando se aplica una carga. Este equipo de investigadores ha analizado lo que ocurre con estos “microvacíos” al aplicarse una carga para entender cómo se fracturan estos metales dúctiles (con capacidad para absorber energía).
“La mayoría de los elementos estructurales de los automóviles, por ejemplo, están fabricados con metales dúctiles para ser capaces de absorber energía en un posible choque, lo que mejora la seguridad en los accidentes de tráfico. Por tanto, conocer y predecir la fractura de materiales dúctiles, equivale a optimizar el diseño de las estructuras de absorción de energía frente a impacto en sectores industriales críticos”, explica una de las autoras del estudio, Guadalupe Vadillo, del grupo de investigación Nonlinear Solid Mechanics del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.
Su trabajo, publicado recientemente en la revista International Journal of Plasticity, ha identificado dos mecanismos que producen el fallo del material: en primer lugar, la aparición y crecimiento de microporos que producen un ablandamiento del material hasta que se rompe; y, en segundo lugar, la coalescencia, que ocurre cuando varios microporos en el interior del material se unen e interaccionan entre ellos acelerando la fractura.
“Lo que hemos identificado en este trabajo es cómo, dependiendo de la viscosidad del material (lo rápido que se deforme ante carga), de la velocidad de carga aplicada sobre el material y del camino de carga (la dirección y otros factores), los microvacíos o microporos intrínsecos del material crecen, decrecen e interaccionan entre ellos acelerando o retrasando la fractura de dicho material”, resume Guadalupe Vadillo.
Los avances en este campo mejoran el conocimiento sobre el comportamiento de los metales dúctiles fabricados mediante impresión 3D y permitirán diseñar y construir piezas y componentes más resistentes en diversos sectores. Estos materiales pueden ser aplicados en procesos donde es importante la absorción de energía, como en la fabricación de nuevos fuselajes en la industria aeronáutica, diferentes componentes de los automóviles en la industria automovilística o el desarrollo de implantes en el ámbito biomédico.
Esta investigación se enmarca en el proyecto QUANTIFY, una acción Marie Skłodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange (RISE) creada para promover estancias de formación e investigación entre personal académico de diferentes instituciones en todo el mundo. Este proyecto de investigación europeo del programa Horizonte 2020 (GA777896), está liderado por la UC3M y participan en él 8 instituciones (4 europeas y 4 americanas) con el objeto de compartir conocimiento para entender el efecto de la anisotropía y la porosidad en el comportamiento a fallo de estructuras ligeras.
Referencia bibliográfica: Reboul, J. Ankit Srivastava, A. Osovski, S. Vadillo, G. (2020). Influence of strain rate sensitivity on localization and void coalescence. International Journal of Plasticity, volume 125, pages 265-279. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2019.09.007
