Descripción de la fabricación de materiales base hierro mediante la técnica de plasma metal deposition

145 Comunicaciones póster DESCRIPCIÓN DE LA FABRICACIÓN DE MATERIALES BASE HIERRO MEDIANTE LA TÉCNICA DE PLASMA METAL DEPOSITION Eva Mª Pérez Soriano1, Isabel Montealegre-Meléndez1,*, Enrique Ariza1,2, Erich Neubauer2, Cristina Arévalo1 1Escuela Politécnica Superior; Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Universidad de Sevilla; Sevilla (España) 2RHP-Technology GmbH, Seibersdorf (Austria) E-mail de correspondencia: imont[email protected] RESUMEN La fabricación industrial de componentes a partir de materiales base hierro y base níquel se ha venido llevando a cabo comúnmente mediante diversos métodos tradicionales, buscando la producción en masa de piezas básicas. Las exigencias geométricas de las piezas, en general, han obligado a la realización de procesados secundarios. Esto conlleva una pérdida de material, así como al aumento del precio final de dichas piezas para el usuario final. Mediante el empleo de técnicas de fabricación aditiva (Additive Manufacturing), se han conseguido producir componentes con altas exigencias geométricas manteniendo las propiedades mecánicas solicitadas. Dentro de las técnicas aditivas, Plasma Metal Deposition (PMD) es un proceso de manufactura que emplea como fuente de energía un plasma generado que permite la deposición de material capa a capa, para construir la pieza con una geometría previamente diseñada. En el presente trabajo se describe, además de la tecnología PMD, cómo la modificación de diversos parámetros afecta significativamente en las propiedades finales de los componentes. 1. INTRODUCCIÓN Existe una gran diversidad de técnicas de fabricación basadas en la manufactura mediante la adición capa a capa de material, conocidas como Additive Manufacturing (AM) (Zhang et al, 2019). Entre esta variedad de técnicas se encuentra el método de fabricación cuya fuente de energía es un plasma, denominado Plasma Metal Deposition (PMD) (Perez-Soriano et al, 2020). Las bondades de esta técnica se pueden resumir en (Perez-Soriano et al, 2020; Arevalo et al, 2020): i) gran flexibilidad a la hora de diseñar componentes de gran tamaño; ii) variabilidad en las aleaciones de los materiales de partida; iii) alta tasa de deposición; iv) posibilidad de emplear materiales de partida conformados como alambre o particulados. 146 Sinergias en la investigación en STEM A pesar de estas bondades, la complejidad de la técnica podría, en algunas ocasiones, limitar su empleo. Es por ello que todo avance en el estudio de los parámetros de control para la fabricación de componentes es necesaria. Esto ha motivado a la realización del presente trabajo de investigación en el que, partiendo de diferentes materiales de base metálica, se fabricaron componentes con geometrías básicas, pero bajo diferentes parámetros de fabricación. 2. MATERIALES Y MÉTODOS En el presente trabajo, se describe la fabricación de especímenes a partir de aleaciones de base hierro y base níquel. Los materiales empleados de partida han sido, por un lado 17-4PH en forma particulada, 316L conformado como cable, y aleación de base níquel Hastelloy C-22, en ambos formatos (polvo y cable). Figura 1. Imágenes de material de partida en cable (izq.) y en polvo (dcha). Fuente: RHP-Technology. El proceso de fabricación empleado para el desarrollo de los componentes es el conocido como PMD, que utiliza plasma como fuente de energía. En trabajos anteriores de los autores, esta técnica aditiva ha sido ampliamente descrita (Pérez-Soriano at el, 2018). 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tras la manufactura de diversos especímenes a partir de los materiales comentados anteriormente, estudios de caracterización de sus propiedades (mecánicas, físicas y microestructurales) permitieron asentar las bases para producir piezas con repetibilidad. Se observó la importancia del control de la velocidad de deposición y de la energía aplicada; se comprobó como pequeñas modificaciones en los parámetros más significativos generaron sustanciales cambios en las propiedades finales de los especímenes. Prueba de ello son diversos fallos dimensionales observados de manera visual en una serie de muestras. 147 Comunicaciones póster Por otro lado, es de destacar la posibilidad de manufactura de piezas de grandes dimensiones, mediante este tipo de técnicas. Los límites de tamaño vienen definidos por los propios equipos. En el caso de RHP-Technology, las dimensiones de trabajo son 2000mm x 1000mm x 600mm, con un brazo de aporte de material con un sistema de hasta 5 ejes (X, Y, Z y una mesa giratoria/basculante) que permite también la fabricación de elementos de revolución o piezas de alta complejidad. En la siguiente imagen se puede apreciar un sistema de 3 ejes. Figura 2. Instantáneas del inicio del proceso de impresión de una pieza fabricada en acero inoxidable 316L (izq.) y una vez acabada (dcha). Fuente: RHP-Technology. 4. CONCLUSIONES Las ventajas de este método de fabricación se listan a continuación: • Componentes con geometrías complejas pueden ser conformados mediante esta técnica; la única limitación existente en el tamaño de los componentes viene dada por la estructura donde se sostiene la antorcha. • El uso de una alimentación flexible permite el empleo de material particulado, en forma de alambre de soldadura (wire), o combinación de ambos. • Se alcanza una alta tasa de deposición mediante el uso de una alimentación en forma de alambre de gran diámetro. La desventaja principal que conlleva esta técnica es que una falta de control en los parámetros de fabricación conlleva a fallos en las características de los componentes producidos vía PMD. AGRADECIMIENTOS - Ayudas PPIT-2020-I.5 y PPIT-2021-I.5 - RHP-Technology GmbH 148 Sinergias en la investigación en STEM REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arévalo, C., Ariza, E., Pérez-Soriano, E.M., Kitzmantel, M., Neubauer, E. & Montealegre-Meléndez, I. (2020). Effect of Processing Atmosphere and Secondary Operations on the Mechanical Properties of Additive Manufactured AISI 316L Stainless Steel by Plasma Metal Deposition. Metals, 10(9), 1125. doi: https://doi.org/10.3390/met10091125 Perez-Soriano, E.M., Arevalo, C., Montealegre-Melendez, I., Kitzmantel, M., Neubauer, E. (2018). Preliminary study of the processing parameters effect on the properties of Ti6Al4V specimens fabricated via Additive Manufacturing. Proceedings EuroPM2018. Perez-Soriano, E.M., Ariza, E., Arevalo, C., Montealegre-Melendez, I., Kitzmantel, M. & Neubauer, E. (2020). Processing by Additive Manufacturing Based on Plasma Transferred Arc of Hastelloy in Air and Argon Atmosphere. Metals, 10(2), 200. doi: https://doi.org/10.3390/met10020200 Zhang, S., Lane, B., Whiting, J. & Chou, K. (2019). On thermal properties of metallic powder in laser powder bed fusion additive manufacturing. Journal of Manufacturing Processes, 47, 382–392. doi: https://doi.org/10.1016/j. jmapro.2019.09.012