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En un artículo reciente publicado en la revista Additive Manufacturing Letters, los investigadores analizan la utilidad de las salpicaduras de acero inoxidable grabadas químicamente para prolongar la vida útil del polvo en la fabricación aditiva.
Investigación: prolongación de la vida útil del polvo en la fabricación aditiva: grabado químico de salpicaduras de acero inoxidable. Crédito de la imagen: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Metal Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Las partículas de salpicadura se producen por gotas fundidas expulsadas del baño fundido o partículas de polvo calentadas cerca o por encima del punto de fusión a medida que pasan a través del rayo láser.
A pesar del uso de un ambiente inerte, la alta reactividad del metal cerca de su temperatura de fusión promueve la oxidación. Aunque las partículas expulsadas durante el LPBF se derriten al menos brevemente en la superficie, es probable que ocurra la difusión de elementos volátiles a la superficie, y estos elementos con alta afinidad por el oxígeno producen capas gruesas de óxido.
Dado que la presión parcial de oxígeno en LPBF suele ser más alta que en la atomización de gas, aumenta la posibilidad de unión con oxígeno.
Se sabe que las salpicaduras de acero inoxidable y aleaciones con base de níquel se oxidan rápidamente, formando islas de hasta varios metros de espesor. Además, los aceros inoxidables y las aleaciones con base de níquel, como las que producen salpicaduras de óxido tipo isla, son materiales mecanizados con mayor frecuencia en LPBF, y se aplica este método a las salpicaduras de metal LPBF más típicas para demostrar que la renovación química es fundamental para el polvo de la manera habitual.
(a) imagen SEM de partículas de salpicaduras de acero inoxidable, (b) método experimental de grabado químico térmico, (c) tratamiento LPBF de partículas de salpicaduras desoxidadas. Crédito de la imagen: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
En este estudio, los autores emplearon una nueva técnica de grabado químico para eliminar los óxidos de la superficie de los polvos de salpicadura de acero inoxidable oxidado. La disolución de metal alrededor y debajo de las islas de óxido en el polvo se utiliza como mecanismo principal para la eliminación de óxido, lo que permite una eliminación de óxido más agresiva. Los polvos de salpicadura, grabado y virgen se tamizaron al mismo rango de tamaño de polvo para el procesamiento LPBF.
El equipo mostró cómo eliminar los óxidos de las partículas de salpicaduras de acero inoxidable, especialmente aquellas que se aislaron mediante técnicas químicas para formar islas de óxido ricas en Si y Mn en la superficie del polvo. Se recogieron 316 litros de salpicaduras del lecho de polvo de las impresiones LPBF y se grabaron químicamente por inmersión. Después de cribar todas las partículas en el mismo rango de tamaño, LPBF las procesa en una sola pasada con salpicaduras grabadas optimizadas y acero inoxidable virgen.
Los investigadores observaron la temperatura, así como dos grabadores de acero inoxidable diferentes. Después de filtrar en el mismo rango de tamaño, se crearon pistas individuales LPBF utilizando polvos vírgenes similares, polvos de salpicadura y polvos de salpicadura grabados de manera eficiente.
Rastros individuales de LPBF generados a partir de salpicaduras, salpicaduras de grabado y polvo prístino. La imagen de gran aumento muestra que la capa de óxido predominante en la pista pulverizada se elimina en la pista pulverizada grabada. El polvo original mostró que algunos óxidos todavía estaban presentes. Crédito de la imagen: Murray, J. W, et al, Cartas de fabricación aditiva
La cobertura del área de óxido en el polvo de salpicaduras de acero inoxidable 316L se redujo en un factor de 10, del 7 % al 0,7 % después de calentar el reactivo de Ralph a 65 °C en un baño de agua durante 1 hora. Al mapear el área grande, los datos de EDX mostraron una reducción en los niveles de oxígeno del 13,5 % al 4,5 %.
Las salpicaduras grabadas tienen una capa de escoria de óxido más baja en la superficie de la pista en comparación con las salpicaduras. Además, el grabado químico del polvo aumenta la asimilación del polvo en la pista. El grabado químico tiene el potencial de mejorar la reutilización y la durabilidad de las salpicaduras o los polvos de uso masivo hechos de polvos de acero inoxidable resistentes a la corrosión y ampliamente utilizados.
En todo el rango de tamaño de tamiz de 45-63 µm, las partículas aglomeradas restantes en los polvos salpicados grabados y sin grabar explican por qué los volúmenes de las trazas de los polvos grabados y salpicados son similares, mientras que los volúmenes de los polvos originales son aproximadamente un 50 % más grandes. Se observó que los polvos aglomerados o formadores de satélites afectan la densidad aparente y, por lo tanto, el volumen.
La salpicadura grabada tiene un recubrimiento de escoria de óxido más bajo en la superficie de la pista en comparación con la salpicadura. Cuando los óxidos se eliminan químicamente, los polvos desnudos y semiligados muestran evidencia de una mejor unión de los óxidos reducidos, lo que se atribuye a una mejor humectabilidad.
Esquema que muestra los beneficios del tratamiento LPBF cuando se eliminan químicamente los óxidos del polvo de salpicadura en sistemas de acero inoxidable. Se logra una excelente humectabilidad al eliminar los óxidos. Crédito de la imagen: Murray, J. W, et al, Cartas de fabricación aditiva
En resumen, este estudio utilizó un procedimiento de grabado químico para regenerar químicamente polvos de salpicaduras de acero inoxidable altamente oxidados por inmersión en el reactivo de Ralph, una solución de cloruro férrico y cloruro cúprico en ácido clorhídrico. Se observó que la inmersión en la solución de grabadora Ralph calentada durante 1 hora resultó en una reducción de 10 veces en la cobertura del área de óxido en el polvo salpicado.
Los autores creen que el grabado químico tiene el potencial de mejorarse y usarse en una escala más amplia para renovar múltiples partículas de salpicaduras reutilizadas o polvos LPBF, lo que aumenta el valor de los costosos materiales a base de polvo.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Prolongación de la vida útil del polvo en la fabricación aditiva: grabado químico de salpicaduras de acero inoxidable. Cartas de fabricación aditiva 100057 (2022). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Surbhi Jain es una escritora técnica independiente con sede en Delhi, India. Tiene un doctorado. Recibió un doctorado en Física de la Universidad de Delhi y participó en una serie de actividades científicas, culturales y deportivas. Su formación académica es en investigación de ciencia de materiales, especializándose en el desarrollo de sensores y dispositivos ópticos. lectura, escritura, investigación y tecnología, le gusta cocinar, actuar, la jardinería y los deportes.
Jainism, Subi. (24 de mayo de 2022). El nuevo método de grabado químico elimina los óxidos del polvo de salpicaduras de acero inoxidable oxidado. AZOM. Consultado el 21 de julio de 2022 en https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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