El nuevo método de impresión 3D de aleaciones de vidrio metálico abre la puerta a motores eléctricos más eficientes

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Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte tienen desarrollado un método para imprimir grandes cantidades de aleaciones de vidrio metálico utilizando la tecnología 3D. Esta nueva técnica podría ayudar en la construcción de motores eléctricos más eficientes, materiales de mayor resistencia, estructuras de peso más ligero, mejores materiales resistentes al desgaste y más.

El artículo completo se publica en la revista Materiales Aplicados Hoy.

El vidrio metálico, también conocido como metal amorfo, carece de la estructura cristalina de la mayoría de los metales, por lo que su creación requiere un enfriamiento rápido para evitar que se forme la estructura cristalina. Estas limitaciones anteriormente significaban que los investigadores podían lanzar vidrios metálicos de solo unos milímetros de grosor.

Aunque la idea de 3D para la impresión de vidrio metálico ha existido por más de una década, este nuevo estudio es el único trabajo que demuestra que es posible.

Esta nueva técnica permitió a los investigadores moldear 15 de vidrio metálico multiplicado por su grosor crítico de fundición original.

"El procesamiento capa por capa durante la impresión 3D proporciona velocidades de enfriamiento suficientemente altas por capa para crear BMG (vidrio metálico a granel) que son significativamente más grandes que los producidos con técnicas tradicionales", dijo Zaynab Mahbooba, estudiante de doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NC State y primer autor del artículo.

Cómo funciona

En el estudio, los investigadores utilizaron un método de fusión láser con lecho de polvo.

"El proceso funciona extendiendo primero una fina capa de polvo de metal sobre un sustrato (en nuestro caso, el metal era una aleación formadora de vidrio), un láser funde selectivamente la base de polvo en secciones transversales de la geometría final y luego otra capa se propaga ", dijo Mahbooba.

"Este proceso se repite hasta que se completa la geometría final".

Los investigadores tuvieron que ajustar los parámetros del láser para adaptarse a los requisitos únicos de las aleaciones de vidrio metálico y mejorar las propiedades mecánicas y la microestructura, explicó Mahbooba.

A través de esta nueva técnica, la aleación se forma poco a poco, por lo que se enfría rápidamente y conserva sus cualidades amorfas, formando finalmente un sólido objeto de vidrio metálico.

Implicaciones futuras

Esta técnica podría abrir la puerta a la impresión 3D de muchas otras aleaciones amorfas, pero no vendrá de inmediato.

"No hay razón para que esta técnica no pueda usarse para producir cualquier aleación amorfa" Ola Harrysson, Edward P. Fitts Distinguido Profesor de Sistemas Industriales e Ingeniería en NC State y autor correspondiente del artículo, dijo en un comunicado.

"Uno de los factores limitantes en este punto será producir u obtener polvos metálicos de cualquier composición de aleación que esté buscando". 

Además, los investigadores tendrán que probar muchas composiciones de aleación para encontrar la combinación correcta de propiedades.

"Por ejemplo, quiere asegurarse de que no solo tenga las propiedades electromagnéticas deseables, sino que la aleación no sea demasiado quebradiza para su uso práctico", dijo Mahbooba en un comunicado.

A partir de ahora, los investigadores están trabajando en la aplicación de esta técnica para la construcción de motores eléctricos.

"Actualmente, los motores eléctricos se producen utilizando metales cristalinos; por lo tanto, para desarrollar motores eléctricos basados ​​en BMG, necesitamos diseñar una aleación BMG con propiedades de materiales óptimas para la aplicación (¡debe ser magnética!) y también para el procesamiento de fabricación aditiva ", dijo Mahbooba.

El estudio también incluyó Harvey West, Timothy Horn y Christopher Rock de NC State; Lena Thorsson, Mattias Unosson y Peter Skoglund de Sindre Metals; y Evelina Vogli de Liquidmetal Coatings.

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