El Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT) imprime en 3D piezas metálicas parcialmente permeables
La LPBF permite incorporar secciones con diferentes densidades en un mismo componente
Un grupo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT) ha desarrollado un sistema para procesar materiales metálicos de forma aditiva y con total precisión que no solo permite obtener piezas parcialmente permeables o densas —e incluir transiciones graduales entre los estados— en una sola etapa del proceso de producción, sino que además garantiza la reproducibilidad de cada componente.
Este nuevo método se basa en la LPBF. Hasta ahora, la principal prioridad de los fabricantes era obtener piezas lo más densas y resistentes posible. «Sin embargo, si conseguimos delimitar el grado de porosidad de cada componente, por ejemplo, modificando los parámetros del proceso, podremos controlar qué áreas de la pieza son permeables y en qué medida», explica Andreas Vogelpoth, del Grupo de Ingeniería de Procesos y Sistemas LPBF del Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT).
Esta tecnología permite fabricar piezas hechas enteramente de metal y parcialmente permeables —por ejemplo, a gases o a líquidos— y al mismo tiempo garantiza su integridad mecánica. La clave para hacer realidad el proceso ha sido la LPBF, que permite incorporar secciones con diferentes densidades en una misma pieza. Utilizando este sistema, el Instituto puede diseñar tanto transiciones bruscas como graduales.
Las espumas metálicas o las estructuras de tejidos clásicas desempeñan una función similar, pero a menudo hay que fabricarlas aparte e insertarlas posteriormente en los componentes. Esta operación no solo requiere tiempo, sino que constituye una limitación en términos de diseño y altera las propiedades físicas de las piezas —por ejemplo, aumentando la resistencia térmica y eléctrica—, ya que obliga a añadir juntas y uniones. La solución del Instituto Fraunhofer integra las áreas porosas directamente en los componentes, por lo que no es necesario llevar a cabo ningún tipo de posprocesamiento. Este sistema permite fabricar incluso formas geométricas complejas con estructuras internas.
«Estamos añadiendo una nueva función a las piezas fabricadas mediante la impresión 3D, que es la posibilidad de diseñar su grado de permeabilidad», afirma Vogelpoth. El proceso resulta especialmente interesante en aquellos casos en los que es necesario distribuir, filtrar o canalizar gases o líquidos de forma controlada.
Una de las áreas de aplicación clave es la tecnología de hidrógeno, en concreto la fabricación de electrolizadores. Estas piezas están formadas por complejos grupos de celdas con varias capas funcionales. El Instituto Fraunhofer investiga en la actualidad si dichas capas pueden fabricarse directamente de forma aditiva, incluidas las zonas específicamente diseñadas para ser permeables. Los investigadores pretenden reducir el número de piezas individuales, lo que permitiría mejorar la eficiencia y al mismo tiempo reduciría el consumo de materiales y los costes de producción.
Las zonas porosas se pueden reproducir con precisión, un aspecto que los investigadores ya han demostrado mediante el uso de tomografías computarizadas y cortes transversales. Actualmente, el equipo aspira a ir un paso más allá en el marco de este proyecto de investigación y obtener un control total sobre el grado de permeabilidad a través de los parámetros del proceso.
«Nuestro objetivo es que los usuarios nos especifiquen qué grado de permeabilidad necesitan en cada área de los componentes, y que nosotros podamos ofrecerles los parámetros de diseño y el proceso más adecuados», asegura Vogelpoth.
Además, los investigadores del Instituto ya se han puesto con usuarios finales de otras áreas de aplicación, como la fabricación de turbomaquinaria, herramientas, intercambiadores de calor y filtros, así como productos químicos. La amplia variedad de ámbitos en los que puede aplicarse este avance pone de manifiesto su importancia para las aplicaciones de alta tecnología.
A diferencia de otras instituciones y empresas que ya están investigando procesos similares en el campo de la fabricación de turbomaquinaria, el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser apuesta por un enfoque abierto y multiaplicación. Su objetivo es facilitar la incorporación de esta tecnología a nuevos campos de aplicación, especialmente por parte de las pequeñas y medianas empresas que antes no podían acceder a sistemas de producción tan complejos.
