La impresión 3D ha tomado al mundo por sorpresa , pero actualmente funciona mejor con materiales plásticos y de acero poroso demasiado débiles para aplicaciones de núcleo duro. Ahora, los investigadores han ideado una manera de imprimir en 3D acero inoxidable resistente y flexible, un avance que podría conducir a formas más rápidas y baratas de fabricar desde motores de cohetes hasta piezas para reactores nucleares y plataformas petrolíferas.
El acero inoxidable se inventó por primera vez hace casi 150 años, y sigue siendo muy popular hoy en día. Está hecho al fundir el acero convencional, una combinación de hierro y carbono (y a veces otros metales como el níquel), y agrega cromo y molibdeno, que previenen la oxidación y la corrosión. Una serie compleja de etapas de enfriamiento, recalentamiento y balanceo le da al material una estructura microscópica con granos de aleación apretados y límites finos entre los granos que crean una estructura similar a una celda. Cuando el metal está doblado o estresado, los planos de los átomos en los granos se deslizan unos sobre otros, a veces causando que los defectos cristalinos se conecten entre sí, produciendo fracturas. Pero los límites fuertes pueden detener estos defectos, lo que hace que el material sea resistente, pero aún lo suficientemente flexible como para formarlo en la forma deseada.
Los investigadores de la impresión 3D han intentado durante mucho tiempo reproducir esta estructura. Su configuración comienza con una capa pulverulenta de partículas de aleación de metal colocadas sobre una superficie plana. Un rayo láser controlado por computadora y de alta potencia avanza hacia adelante y hacia atrás en la superficie. Las partículas golpeadas por el láser se funden y se fusionan. La superficie luego baja un escalón, se agrega otra capa de polvo y el proceso de calentamiento del láser se repite, uniendo el material recién derretido a la capa inferior. Al repetir esta adición de nivel por nivel, los ingenieros pueden construir formas complejas, como motores de cohetes.
El problema ha sido que, a nivel microscópico, los aceros inoxidables impresos suelen ser muy porosos, lo que los hace débiles y propensos a las fracturas. “El rendimiento ha sido horrible”, dice Yinmin “Morris” Wang, científico de materiales en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. Hace varios años, Wang y sus colegas presentaron un enfoque para usar láseres y un proceso de enfriamiento rápido para fusionar partículas de aleación metálica en una estructura compacta y densa.
Ahora, han ampliado ese trabajo diseñando un proceso controlado por computadora para no solo crear capas densas de acero inoxidable, sino también controlar más estrictamente la estructura de su material desde la escala de nanoescala a escala micrométrica. Eso le permite a la impresora construir estructuras diminutas con forma de pared celular en cada escala que previenen fracturas y otros problemas comunes. Las pruebas mostraron que, bajo ciertas condiciones, los aceros inoxidables impresos en 3D finales eran hasta tres veces más resistentes que los aceros fabricados con técnicas convencionales y, aún así, dúctiles, informan hoy los científicos en Nature Materials .
“Lo que han hecho es realmente emocionante”, dice Rahul Panat, ingeniero mecánico de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania. Además, dice Panat, Wang y sus colegas utilizaron una impresora 3D y un láser disponibles comercialmente para hacer el trabajo. Eso hace que sea probable que otros grupos puedan seguir rápidamente su ejemplo para fabricar una amplia gama de piezas de acero inoxidable de alta resistencia para todo, desde tanques de combustible en aviones hasta tubos de presión en plantas de energía nuclear. Y eso, a su vez, probablemente solo aumentará el fervor creciente sobre la impresión 3D.