Polvo de Ti nanomodificado para Fabricación Aditiva: De la investigación a la producción piloto

Proyecto NANOTUN3D

El proyecto NANOTUN3D ha diseñado un flujo de trabajo para la producción de piezas de Fabricación Aditiva (FA) basadas en una nueva aleación de titanio (Ti) nanoaditivado, con propiedades mejoradas. El ciclo de vida completo del material NANOTUN3D se ha desarrollado teniendo en cuenta la procesabilidad en FA, usando: (i) producción industrial de polvo, (ii) tecnologías FA establecidas (EBM, fusión por haz de electrones y SLM, fusión por láser), (iii) postprocesos habituales, (iv) protocolos para iniciar la cualificación/certificación de material y proceso, así como (v) una completa evaluación de riesgos para la salud, la seguridad y el medio ambiente (HSE).

Este proyecto ha sido aprobado y financiado por el Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 (convocatoria “Nanotecnologías, Materiales y Producción Avanzada”) con el número de contrato 685952.

Kick-Off Meeting de NANOTUN3D. Bruselas. 2015

Coordinado por AIDIMME (Instituto Tecnológico, E), el consorcio NANOTUN3D abarca completamente la nueva cadena de suministro para la producción de las nuevas piezas: UPV (Universidad, E) y LAURENTIA Technologies (productor de NP, E) trabajan en el diseño y producción de sistemas de NP; CEIT (Centro Tecnológico, E), ZOZ (fabricante de equipos de pulvimetalurgia, D), y TLS Technik (productor de polvo, D) cubren la investigación, mezcla, consolidación y producción de polvo metálico; AIDIMME y TWI (Technology Institute, GB) son expertos en tecnología FA en Metal; APR (Componentes y operaciones para aplicaciones aeronáuticas, IT) se ocupa de los post-procesos, y VITO (Technology Center, B) establece un sistema HSE para una cadena de valor con continua presencia de nano partículas.

Cuatro años después, el proyecto no sólo ha desarrollado todos los procesos tecnológicos incluidos en el flujo de trabajo (producción de sistemas NP, mezcla y consolidación de polvos, atomización, procesado por FA, mecanizado y tratamientos térmicos, aseguramiento de calidad, garantía de HSE), sino que actualmente es capaz de fabricar material en el rango de cientos de kg por lote, perfectamente adecuado para la producción de FA.

Nuevo proceso, nuevas propiedades

Las mayor parte de las tecnologías de FA en metal utilizan polvo metálico como materia prima. El reto del proyecto era conseguir una distribución de NPs en este polvo que a su vez permitiera su procesabilidad mediante EBM y SLM. La aleación de Ti (Ti64) modificada ha podido ser procesada, produciendo piezas que mostraron mejores propiedades que las del Ti estándar.

La evaluación inicial de las piezas producidas muestra que los objetivos iniciales eran realistas, ya que las propiedades mecánicas muestran mejoras relevantes con respecto a los elementos mecanizados convencionalmente (grandes ahorros de material y peso en función de la optimización topológica), e incluso con respecto a sus contrapartes AM (las propiedades mecánicas superan claramente las especificadas en ASTM F2924-14).

Densidad del material, Dirección XY (fila superior), con proceso HIP (fila inferior); Direccion Z (fila superior), con proceso HIP (Fila inferior).
Pieza de demostración

 

Una nueva cadena de suministro

El flujo de trabajo utiliza procesos de tipo industrial -bajo condiciones específicas-, asegurando la aplicabilidad del enfoque al tiempo que gestionan integralmente todos los riesgos relacionados con el uso de NP en un entorno ya de por sí intensivo en seguridad como es la pulvimetalurgia.

La capacidad de producción del proceso NANOTUN3D va mucho más allá de la escala del laboratorio. Esto se ha conseguido mediante la creación de una serie de instalaciones de producción piloto que se ocupan de todas las fases del método de fabricación NANOTUN3D.

 

1.- Producción de NPs: LAURENTIA Technologies

Síntesis de los NPs y de los sistemas de núcleo-cáscara por formulación y dispersión sol-gel. Diseño del sistema de PN por la UPV.

 

2.- Producción de Ti-MMNCs mixtas y barras de lingote EIGA de Ti-MMNCs: ZOZ y CEIT

Mezcla y consolidación de la matriz metálica con el sistema de nanopartículas en atmósfera inerte. Manipulación y transferencia a recipientes HIP (Hot Isostatic Pressing).

 

3.- Producción de polvo metálico Ti-MMNCs por atomización por EIGA: TLS Technik.

Imágenes de las instalaciones de TLS consideradas confidenciales.

 

4.- Producción de MMNCs atomizados por VIGA a escala de laboratorio: CEIT.

Producción directa de polvo de Ti-MMNCs por colisión directa con el flujo de atomización de gas. Piloto a escala de laboratorio.

 

5.- Procesado de Ti-MMNCs por SLM: TWI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.- Procesado de Ti-MMNCs por EBM: AIDIMME

Con la infraestructura de seguridad basada en los requisitos marcados por VITO.

 

7.- Taller de mecanizado y tratamiento térmico de los Ti-MMNCs procesados por SLM y EBM: APR

 

8.- Evaluación del impacto en Salud y Seguridad de las presencia de NPs en la cadena de provisión de las piezas de Ti-MMNCs procesadas por FA (SLM y EBM: VITO

 

Estas instalaciones piloto no sólo desempeñan su papel en el flujo de trabajo de NANOTUN3D, sino que están abiertas a responder rápidamente y con mecanismos de contratación sencillos a otras necesidades de la industria en el ámbito de la nanotecnología y las tecnologías de materiales avanzadas, facilitando y acelerando así el desarrollo de nuevos productos para una entrada más rápida en el mercado, y contribuyendo a crear nuevos negocios, puestos de trabajo y crecimiento en toda Europa.

Esta cadena de valor de NANOTUN3D ha integrado así la investigación tecnológica con la demostración de productos, creando además un ecosistema sostenible más allá del material -basado en Ti64- generado en NANOTUN3D.

 

 

Proyecto NANOTUN3D

 

  

 

 

 

 

 

 

 

Para más información contacte con AIDIMME.

NANOTUN3D – DEVELOPMENT OF THE COMPLETE WORKFLOW FOR PRODUCING AND USING A NOVEL NANOMODIFIED TI-BASED ALLOY FOR ADDITIVE MANUFACTURING IN SPECIAL APPLICATIONS


Contacto: Luís Portolés. MERCADOS ESTRATÉGICOS AIDIMME.