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Febrero de 2019

Herramientas duras impresas en 3D

Con información del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas de Cerámica IKTS.

Investigadores del Fraunhofer IKTS, en Dresde (Alemania), han adaptado el proceso de impresión 3D de fabricación con filamento fundido para metales duros.

Se requieren herramientas extremadamente duras en el conformado, corte de metales e ingeniería de procesos. Estas se fabrican convencionalmente mediante prensado en polvo y, aunque esto logra un alto grado de dureza, a menudo es necesario llevar a cabo un posprocesamiento complejo y, por lo tanto, costoso. Por su parte, la manufactura aditiva permite geometrías complejas, pero hasta ahora ha sido limitada en términos de dureza y tamaño de componentes. Por ello, investigadores del Fraunhofer IKTS en Dresde (Alemania) han adaptado el proceso de impresión 3D de fabricación con filamento fundido (Fused Filament Fabrication) para metales duros.

Los metales duros consisten en los ligantes metálicos de níquel o cobalto, y la fase dura de carburo de tungsteno. Hasta ahora, las herramientas confiables de corte, taladrado, prensado y punzonado han sido extruidas, moldeadas por inyección o producidas utilizando prensado en polvo isostático uniaxial o frío; sin embargo, las geometrías complejas o específicas solo se pueden realizar con estos procesos, con grandes gastos de posprocesamiento o no se realizan en absoluto.

Los procesos de manufactura aditiva proporcionan una solución. La inyección de aglomerante y la impresión 3D termoplástica ya se han utilizado con éxito en el IKTS con composiciones de metal duro seleccionadas; no obstante, el contenido de aglomerante metálico y la dureza resultante, así como el tamaño de estos componentes, son limitados.

El proceso fabricación con filamento fundido (FFF), que se origina en la industria de procesamiento de plásticos, se adaptó inicialmente para materiales cerámicos y compuestos en el IKTS.

El proceso FFF, eficiente en el uso de materiales, también abre posibilidades interesantes para la producción de prototipos grandes y complejos, o herramientas especiales hechas de metal duro, manifestó el experto en modelado del IKTS, Tassilo Moritz.

Durante la FFF, los cuerpos 3D se fabrican a partir de un filamento flexible y fundible. Durante décadas, el Fraunhofer IKTS ha adquirido una experiencia metalúrgica en polvo probada. Por lo tanto, fue posible producir el filamento requerido para el FFF a partir de polvos de metal duro con aglutinantes orgánicos.

Dependiendo de la estructura de los materiales, se puede usar un tamaño de grano y un contenido de aglomerante reducidos para aumentar específicamente la dureza, la resistencia a la compresión y la flexión de los metales duros.

Johannes Pötschke encabeza el grupo de metales duros y cermets en el IKTS y confirma:

Los filamentos se pueden utilizar como productos semiacabados en impresoras estándar y, por primera vez, permiten imprimir metales duros con un contenido de aglomerante de metal muy bajo de solo 8 % y un tamaño de grano fino por debajo de 0,8 micrómetros y, por lo tanto, permite componentes extremadamente duros con hasta 1700 HV10.

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