Caracterización de aleaciones metálicas duras sometidas a doblado en probetas elaboradas mediante fabricación aditiva

Abstract

La fabricación aditiva es actualmente uno de los procesos más relevantes dentro del ámbito de la fabricación mecánica. La posibilidad de procesar materiales metálicos, cerámicos, compuestos o poliméricos mediante esta tecnología ha permitido ampliar de forma significativa su campo de aplicación en la industria. El presente trabajo plantea como principal objetivo analizar el comportamiento mecánico a flexión de probetas fabricadas mediante tecnologías de fabricación aditiva a partir de aleaciones metálicas de elevada dureza y comportamiento frágil. Se ha evaluado la resistencia a flexión de estas probetas teniendo en cuenta diferentes configuraciones del proceso de fabricación, dentro de las limitaciones propias del equipo. En particular en este proyecto, se ha empleado la tecnología (ADAM) Atomic Diffusion Additive Manufacturing, implementada mediante la impresora Markforged Metal X. Esta técnica se basa en la extrusión de filamento compuesto por metal y un aglutinante polimérico, que tras la impresión requiere un proceso de lavado y sinterizado para obtener piezas metálicas densas y funcionales. Su principal ventaja radica en la capacidad de fabricar geometrías complejas con una buena resolución dimensional y control de la microestructura, lo que la convierte en una herramienta eficaz para estudios comparativos del comportamiento mecánico según distintos parámetros de impresión. En el diseño experimental se han considerado cuatro grupos principales de variables relacionadas con el proceso de fabricación aditiva y el ensayo mecánico de flexión. En cuanto a la orientación de impresión, se han utilizado dos configuraciones: posición normal (0º) y posición inclinada a 45º. Los patrones de relleno utilizados han sido: red, triangular y sólido. Respecto a los materiales, se han seleccionado tres tipos de acero: A2, H13 y 17-4 PH. Finalmente, en el ensayo a flexión se han dispuesto las probetas en tres posiciones de carga: horizontal normal, horizontal lateral y las obtenidas con una orientación a 45 grados, con el objetivo de analizar el comportamiento mecánico de las probetas sometidas a distintas condiciones de fabricación y ensayo. Se concluye que una buena elección de los parámetros de impresión en fabricación aditiva permite mejorar el comportamiento a flexión de las probetas, incluso en materiales frágiles, lo que demuestra el gran potencial de esta tecnología para aplicaciones estructurales.Additive Manufacturing is currently one of the most relevant processes within the field of mechanical manufacturing. The ability to process metallic, ceramic, composite or polymeric materials using this technology has significantly broadened its range of industrial applications. The main objective of this study is to analyse the flexural mechanical behaviour of specimens manufactured through Additive Manufacturing technologies using metal alloys characterised by high hardness and brittle behaviour. The flexural strength of these specimens has been evaluated considering different manufacturing process configurations, within the inherent limitations of the equipment. This project has employed Atomic Diffusion Additive Manufacturing (ADAM) technology, implemented using the Markforged Metal X printer. This technique is based on the extrusion of a filament composed of metal powder and a polymeric binder, which, after printing, requires a washing and sintering process in order to obtain dense and functional metallic parts. Its main advantage lies in its ability to produce complex geometries with good dimensional resolution and microstructural control, making it an effective tool for comparative studies on mechanical behaviour under varying printing parameters. The experimental design considered four main groups of variables related to the additive manufacturing process and the flexural mechanical testing. Regarding printing orientation, two configurations were used: normal position (0°) and inclined position at 45°. The infill patterns selected were gyroid, triangular and solid. As for the materials, three types of steel were chosen: A2, H13, and 17-4 PH. Finally, in the flexural test, the specimens were arranged in three loading positions: normal-horizontal, lateral-horizontal, and those produced with a 45-degree orientation, with the aim of analysing the mechanical behaviour of the specimens subjected to different manufacturing and testing conditions. It is concluded that a suitable selection of printing parameters in additive manufacturing can enhance the flexural performance of the specimens, even when using brittle materials. This demonstrates the great potential of this technology for structural applications.