Impresoras 3d

El ejército de EE.UU. otorga al Instituto Politécnico de Worcester 25 millones de dólares para desarrollar materiales para la fabricación de aditivos de pulverización en frío.

El Instituto Politécnico de Worcester (WPI), Massachusetts, ha recibido un premio de tres años y 25 millones de dólares del Laboratorio de Investigación del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los Estados Unidos (CCDC-ARL) para desarrollar procesos de fabricación de aditivos para pulverización en frío de metales (CSAM) para el campo de batalla.

En este proyecto, WPI tiene la tarea de caracterizar y probar las aleaciones que, en última instancia, permitirían la producción y reparación de componentes de grado militar. Esto elimina la extensa espera y el alto costo de la fabricación de nuevas piezas para las unidades militares. (etiqueta__1)

«La pulverización en frío es una tecnología fundamental con una amplia variedad de aplicaciones, en el ejército y más allá», dijo Danielle Cote, directora del Centro de Datos de Procesamiento de Materiales de WPI y la investigadora principal del proyecto ARL.

El interés de ARL en la fabricación de aditivos para la pulverización en frío

El CSAM deposita polvos metálicos a velocidades casi supersónicas usando gas presurizado. Sin derretir primero los polvos, el spray se adhiere al metal al contacto debido a la fuerza del impacto. El proceso puede reducirse a un aplicador portátil de mano, lo que lo hace atractivo para su uso en el campo. Esta tecnología ha sido utilizada anteriormente por los ingenieros para reparar cajas de engranajes de motores y fabricar motores eléctricos.

«Si estás en una misión y necesitas moverte rápidamente a un lugar más seguro, y una parte crítica de tu vehículo se rompe, estás atascado a menos que puedas repararlo rápidamente. Ahí es donde entra el spray frío», añadió Cote.

«El Ejército está interesado en la impresión 3D en spray frío como técnica de reparación [ya que] es más barato reparar una pieza que reemplazarla, y se vuelve a poner el equipo en servicio más rápido. El interés principal del Ejército es la preparación de la unidad». (etiqueta__1)

El mes pasado, la ARL también otorgó a la Universidad de Rowan, Nueva Jersey, 14,5 millones de dólares para desarrollar el polímero CSAM.Como parte del proyecto de la ARL, el equipo de investigación de WPI también trabajará con varios subcontratistas, incluyendo la Universidad de California Irvine, la Universidad de Massachusetts Lowell y la Universidad de Penn State.

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En la mayoría de los métodos de fabricación, como la fundición y la forja, las aleaciones metálicas se modifican primero por fusión y luego por tratamiento térmico. Por otro lado, las aleaciones no se funden antes de ser rociadas en frío, ni se tratan térmicamente después de su aplicación. El CSAM no requiere que las aleaciones sean capaces de fundirse para su aplicación. Como resultado, el equipo de investigación puede acceder a una gama más amplia de materiales potenciales en comparación con otros métodos de fabricación. (etiqueta__1)

Para desarrollar y estudiar las propiedades químicas y estructurales de los polvos a nanoescala, WPI ha adquirido una variedad de equipos como parte del premio ARL. Estos incluyen herramientas como una unidad SEM/EDS, un analizador de difracción láser síncrono y de partículas de imagen dinámica para determinar las morfologías de los polvos, y nano indentadores para medir las propiedades mecánicas a nanoescala.

El equipo ha descubierto que con la aplicación cuidadosa del calor, las propiedades de los polvos de pulverización en frío pueden ser afinadas y mejoradas. Se desarrollan modelos computacionales para determinar las aleaciones elegidas para el estudio y los regímenes de procesamiento térmico adoptados. Basados en una amplia experimentación de laboratorio y en las voluminosas bases de datos de WPI sobre las propiedades de los metales, los modelos hacen posible y más eficaz el diseño personalizado de polvos para aplicaciones específicas de pulverización en frío. (etiqueta__1)
WPI está desarrollando polvos metálicos como este para su uso en la pulverización en frío. Foto a través de WPI.

Mejorando la preparación militar por el CSAM

La técnica de modificación de polvos de WPI puede fabricar aleaciones de grado de ingeniería con alta resistencia, dureza y ductilidad. Por ejemplo, el reemplazo de las cajas de engranajes de los helicópteros a menudo lleva meses o incluso años. Especialmente las cajas de cambios requieren un mantenimiento frecuente, el costo de las reparaciones y los reemplazos es significativo. Por otro lado, el CSAM puede reparar o incluso fabricar eficazmente partes de las cajas de cambio, haciendo que los helicópteros vuelvan a estar en el aire rápidamente.

Aunque el enfoque principal de ARL es en aleaciones para reparaciones, el premio también permite a WPI explorar aplicaciones CSAM más allá del campo de batalla como la aplicación de recubrimientos de cobre antibacteriano en los equipos. Además, los investigadores del programa de ingeniería de robótica de WPI explorarán el uso de robots multi-eje para automatizar el CSAM.

«Con el trabajo que haremos en el desarrollo de la pólvora, en la robótica y en otras áreas, creo que vamos a llegar muy lejos con la pulverización en frío. Realmente hay un sinfín de posibilidades», concluyó Cote. (etiqueta__1)
Cote (izquierda) está trabajando con Kyle Tsaknopoulos, un becario de postdoctorado, en la investigación. Foto vía WPI.

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La imagen destacada muestra a la profesora de WPI Danielle Cote (centro) liderando un equipo de investigación de WPI que estudiará las técnicas de impresión en 3D con spray frío. Foto a través de WPI.

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