<\/strong>Las palas de las turbinas de gas se fabrican normalmente mediante procesos de fundici\u00f3n convencionales. Los fabricantes vierten metal fundido en moldes complejos y lo solidifican direccionalmente. Luego, la pieza met\u00e1lica final se refina utilizando una variedad de herramientas de mecanizado. Estas palas deben poder girar a altas velocidades en gas extremadamente caliente, generar electricidad en centrales el\u00e9ctricas y propulsar motores a reacci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, existe un inter\u00e9s creciente en la fabricaci\u00f3n de \u00e1labes de turbinas mediante impresi\u00f3n 3D. Ofrece beneficios ambientales y de costos y permite a los fabricantes producir geometr\u00edas de palas m\u00e1s complejas y energ\u00e9ticamente eficientes. Desafortunadamente, hay un gran obst\u00e1culo que superar: la deformaci\u00f3n por fluencia lenta (DFL).<\/p>\n\n\n\n La DFL es la tendencia del metal a deformarse permanentemente ante tensiones mec\u00e1nicas persistentes y altas temperaturas. Investigaciones anteriores han descubierto que el proceso de impresi\u00f3n produce granos finos del orden de decenas a cientos de micrones de tama\u00f1o. Si bien es casi invisible a simple vista, esta microestructura es particularmente vulnerable a la DFL.<\/p>\n\n\n\n “En la pr\u00e1ctica, esto significar\u00eda que una turbina de gas tendr\u00eda una vida m\u00e1s corta o una menor eficiencia de combustible”, explica Zachary Cordero, profesor de desarrollo profesional de Boeing en Aeron\u00e1utica y Astron\u00e1utica en el MIT.<\/p>\n\n\n\n Para resolver este problema, Cordero y sus colegas descubrieron una forma de mejorar la estructura de las aleaciones impresas en 3D a\u00f1adiendo un nuevo paso de tratamiento t\u00e9rmico. Esto transforma los finos granos del material impreso en granos “columnares” mucho m\u00e1s grandes, una microestructura m\u00e1s resistente que minimiza la DFL del material. Las \u201ccolumnas\u201d de grano est\u00e1n alineadas con el eje de mayor tensi\u00f3n. El nuevo m\u00e9todo de tratamiento t\u00e9rmico podr\u00eda revolucionar la impresi\u00f3n industrial en 3D de \u00e1labes de turbinas de gas, afirman los autores del nuevo estudio.<\/p>\n\n\n\n “En un futuro pr\u00f3ximo, imaginamos que los fabricantes de turbinas de gas imprimir\u00e1n sus palas y paletas en plantas de fabricaci\u00f3n aditiva a gran escala y luego las procesar\u00e1n utilizando nuestro tratamiento t\u00e9rmico”, dice Cordero. “La impresi\u00f3n 3D permitir\u00e1 nuevas arquitecturas de refrigeraci\u00f3n que pueden mejorar la eficiencia t\u00e9rmica de una turbina, de modo que produzca la misma cantidad de energ\u00eda mientras quema menos combustible y, en \u00faltima instancia, emite menos di\u00f3xido de carbono”.<\/p>\n\n\n\n El nuevo m\u00e9todo del equipo del MIT es una forma de recristalizaci\u00f3n direccional, un tratamiento t\u00e9rmico que hace pasar un material a trav\u00e9s de una zona caliente a una velocidad controlada con precisi\u00f3n para fusionar los numerosos granos microsc\u00f3picos de un material en cristales m\u00e1s grandes, resistentes y uniformes. Los investigadores adaptaron la recristalizaci\u00f3n direccional para superaleaciones impresas en 3D, que normalmente se funden y utilizan en turbinas de gas. Probaron el m\u00e9todo en superaleaciones a base de n\u00edquel impresas en 3D con forma de varilla, que se sumergieron en un ba\u00f1o de agua a temperatura ambiente colocado justo debajo de una bobina de inducci\u00f3n. Lentamente sacaron cada varilla del agua y controlaron la bobina a varias velocidades, calentando dram\u00e1ticamente las varillas a temperaturas que variaban entre 1200 y 1245\u00b0C. Descubrieron que dibujar las varillas a una velocidad espec\u00edfica (2,5 mm\/h) y a trav\u00e9s de una temperatura particular (1235\u00b0C) creaba un gradiente t\u00e9rmico pronunciado que desencadenaba una transformaci\u00f3n en la microestructura impresa de grano fino del material.<\/p>\n\n\n\n \u201cEl material comienza como peque\u00f1os granos con defectos llamados dislocaciones, que son como espaguetis destrozados\u201d, explica Cordero. \u201cCuando se calienta este material, esos defectos pueden aniquilarse y reconfigurarse, y los granos pueden crecer. Continuamente alargamos los granos consumiendo el material defectuoso y los granos m\u00e1s peque\u00f1os, un proceso denominado recristalizaci\u00f3n\u201d.<\/p>\n\n\n\n Las varillas tratadas t\u00e9rmicamente se examinaron mediante microscop\u00eda \u00f3ptica y electr\u00f3nica, lo que confirm\u00f3 que los granos microsc\u00f3picos en la superficie de la pieza met\u00e1lica impresa en 3D estaban colocados con granos “columnares” que mejoraron dram\u00e1ticamente las propiedades de fluencia. Al manipular la velocidad de extracci\u00f3n y la temperatura de las muestras de varilla, los granos de impresi\u00f3n pueden alcanzar un tama\u00f1o y una orientaci\u00f3n espec\u00edficos. Este nivel de control probablemente ser\u00e1 muy bienvenido por los fabricantes de turbinas. Este avance no s\u00f3lo marca un hito importante en la ciencia de los materiales, sino que tambi\u00e9n abre nuevas v\u00edas para la innovaci\u00f3n en diversas industrias.<\/p>\n\n\n\n \u201cLas nuevas geometr\u00edas de palas y paletas permitir\u00e1n turbinas de gas terrestres m\u00e1s eficientes energ\u00e9ticamente, as\u00ed como, eventualmente, motores aeron\u00e1uticos\u201d, se\u00f1ala Cordero. “Desde una perspectiva b\u00e1sica, esto podr\u00eda conducir a menores emisiones de di\u00f3xido de carbono, simplemente mediante una mayor eficiencia de estos dispositivos”.<\/p>\n\n\n\n Los hallazgos del equipo fueron publicados en la revista Additive Manufacturing<\/a>.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/einsteresante.com\/wp-content\/uploads\/2023\/11\/image-37.png\")