Caracterización de aleaciones metálicas dúctiles en probetas de fabricación aditiva sometidas a flexión

Abstract

La fabricación aditiva de materiales metálicos se está empezando a consolidar como una alternativa prometedora con respecto a procesos de fabricación convencionales, permitiendo la producción de geometrías complejas evitando desperdicio de material, tiempo y dinero. En este trabajo se aborda la caracterización mecánica de probetas metálicas fabricadas mediante fabricación aditiva y expuestas a un ensayo de flexión en tres puntos siguiendo las directrices de la norma UNE-EN ISO 7438:2021. Se fabricaron 27 probetas, a través del sistema de impresión Metal X con metodología ADAM, combinadas por tres materiales (acero para herramientas H13 recocido, inconel 625 y cobre), junto a tres patrones de relleno (sólido, triangular y gyroid) y distintos números de capas exteriores en la parte superior e inferior y lateral (4 arriba y abajo y 2 en los laterales, 6 - 4 y 8 - 6 respectivamente), realizando 9 combinaciones y 3 probetas por combinación. Se realizan las medidas de las dimensiones de las probetas y su rugosidad tras los procesos de impresión, lavado y sinterizado. Posteriormente se realizan los ensayos de flexión en la máquina universal Servosis ME-402, registrando curvas carga-desplazamiento, carga máxima y resistencia a la rotura. Los resultados muestran que las probetas fabricadas de acero para herramientas H13 recocido presentan la mayor resistencia, seguidas de las fabricadas de inconel 625 y por último las de cobre. El patrón de relleno sólido se identifica como el más resistente, mientras que el patrón de relleno gyroid no resulta adecuado para materiales menos dúctiles como el acero para herramientas H13 e inconel 625. Con respecto al número de capas exteriores, cuanta más capas existen, mas resistente es la probeta. La fabricación aditiva demuestra ser una alternativa competitiva para componentes sometidos a flexión empleando las configuraciones de material, relleno y número de capas exteriores adecuadas.

Additive manufacturing of metallic materials is beginning to consolidate as a promising alternative to conventional manufacturing processes, allowing the production of complex geometries without waste of material, time and money. This work deals with the mechanical characterization of metal specimens manufactured by additive manufacturing and exposed to a three-point bending test according to the guidelines of UNE-EN ISO 7438:2021. A total of 27 specimens were manufactured, through the Metal X printing system with ADAM methodology, combined by three materials (annealed tool steel H13, inconel 625 and copper), along with three filling patterns (solid, triangular and gyroid) and different numbers of outer layers on the top, bottom and side (4 up and down and 2 on the sides, 6 - 4 and 8 - 6 respectively), performing 9 combinations and 3 test pieces per combination. Measurements of sample dimensions and roughness are made after the printing, washing and sintering processes. The bending tests are then carried out on the universal machine Servosis ME-402, recording load-displacement curves, maximum load and breaking strength. The results show that specimens made of annealed H13 tool steel have the highest strength, followed by those made of inconel 625 and finally those made of copper. The solid fill pattern is identified as the strongest, while the gyroid fill pattern is not suitable for less ductile materials such as H13 tool steel and inconel 625. With regard to the number of outer layers, the more layers there are, the stronger the test piece. Additive manufacturing proves to be a competitive alternative for flexed components by using the appropriate material, filler and number of outer layers configurations.