Desarrollo de la tecnología aditiva PAW para aleaciones aeronáuticas

Resumen

La fabricación aditiva es una de las tecnologías con mayores perspectivas dentro del desarrollo industrial gracias al potencial que conlleva, en especial para el sector aeronáutico debido a la necesidad de reducción de tiempos y costes de este sector.Aunque las expectativas de crecimiento del sector aeronáutivo se han visto alteraras por la crisis producida por el COVID-19, se prevé que para el año 2025 pueda llegar a recuperarse el sector de la aviación y las previsiones esperadas sigan su curso. Estas previsiones apuntan a una necesiad de más de 30000 nuevos aviones, lo que conducirá a una necesidad de trabajar con materiales resistentes a altas temperaturas, que son los comúnmente utilizados en los motores de los aviones. Las superaleaciones utilizadas en la industria aeroespacial, como las de base níquel y las aleaciones de titanio, se emplean generalmente debido a su combinación única de propiedades como alta resistencia a elevadas temperaturas, resistencia a la degradación química y resistencia al desgaste. La fabricación aditiva se presenta como una alternativa muy prometedora para la fabricación de componentes de este tipo de materiales.El objetivo del presente trabajo de tesis doctoral surge del acuerdo de colaboración entre Tecnalia R&I y ADDILAN para el desarrollo de la tecnología WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) con el objetivo de crear una máquina para la fabricación aditiva de diferentes materiales, que permita la fabricación de piezas en materiales específicos para el sector aeronáutico como los bases niquel o titanios que necesitan especificaciones concretas de máquina para poder ser depositados mediante fabricación aditiva.El presente trabajo de tesis doctoral se divide principalmente en dos bloques temáticos, el primero centrado en la máquina (implementación de equipo WAAM, comunicación, control¿) y el segundo en relación con temas más propios del proceso de fabricación aditiva WAAM, mas en concreto mediante tecnología PAW (Plasma Arc Welding).La primera parte del proyecto se ha centrado en la implementación de diferentes equipos en una máquina tipo gantry de 5 ejes con el fin de habilitarla para la fabricación aditiva PAW. Esta máquina servirá como prototipo inicial para determinar los equipos y desarrollos que finalmente se incluirán en la máquina desarrollada por ADDILAN. Los diferentes aspectos considerados en este bloque han sido los siguientes:- Integración equipo PAW- Integración equipos de monitorización- Comunicación máquina-equipo PAW-sistema de monitorización- Estrategias de controlEn el segundo bloque temático se ha llevado a cabo la puesta a punto de la tecnología para fabricar piezas en dos materiales comúnmente utilizados en el sector aeronáutico como son el Ti6Al4V y el Inconel 718. Uno de los puntos clave de este estudio es el análisis de las propiedades de estos dos materiales tras su deposición mediante PAW, para lo que se han realizado los siguientes análisis:- Ensayos de tracción- Microdurezas- MetalografíaAdemás, teniendo en cuenta aplicaciones específicas de ambos materiales, se llevan a cabo otros estudios para cada uno. Así en el caso del Ti6Al4V se lleva a cabo un estudio de sus propiedades a fatiga tras la fabricación aditiva y en el caso del Inconel 718 se llevan a cabo ensayos a tracción en caliente y un estudio de la formación de fisuras en caliente y la formación de fases de Laves tan características de este material.Por último, a modo de validación de todo el trabajo llevado a cabo en esta tesis doctoral, se ha fabricado en la máquina desarrollada el mismo demostrador en tres materiales: acero AISI316L, Ti6Al4V e Inconel 718.