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 Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)

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bashar
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MensajeTema: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Lun 22 Ago 2011 - 23:23

por Bashar


Industria militar e Industria civil van de la mano. Una no existe sin la otra. Es clásico en la historia del siglo XX que instrumentos creados originalmente para la guerra terminen en la Industria civil. Ejemplos hay miles. Una de ellos, fué la utilización del Cloro, creado en la primera guerra como arma Química (utilizado en la batalla de Yprés) y que luego tuvo su comercialización como desinfectante. Mas cercano, en la segunda guerra mundial, los alemanes mantuvieron en secreto como taladraban el acero, ya que tenían el control de las puntas con Veridio, que le dieron una ventaja impresionante en términos de producción (tecnológica, mas no en cantidad) y que luego de la derrota alemana "desapareció" y emergió como los taladros eléctricos y neumáticos (y con muchas utilizaciones mas)en los Estados Unidos del Baby Boom. Muchos hoy no creen que el procesador del PlayStatión originalmente equipó a los misiles Cruceros Tomahawk de la 1° Guerra del Golfo...En fin, en la década de los '90 y comienzos de este siglo aparecieron nuevas tecnologías, y quiero hablar de una muy compleja pero no por ella imposible, que ha revolucionado -y revoluciona- la industria, tanto la militar como la civil.

El Sinterizado Selectivo Laser

La Sinterización Selectiva por Láser (SLS) es una técnica SFF que crea objetos de forma libre 3D directamente de sus modelos de diseño asistido por ordenador (CAD). Se crea un objeto fusionando secuencialmente finas capas de polvo con un rayo láser análitico. Cada capa digitalizada representa una sección transversal del modelo matemáticamente con divisiones de CAD del objeto. En directo SLS, un rayo láser de alta energía directamente fusiona un polvo de metal o cermet de alta densidad (> 90%), preferiblemente con mínima o sin requisitos de procesamiento posterior
El láser va dibujando sobre una superficie de material en polvo. El suministro de este material se realiza por un rodillo, desde un recipiente adyacente a la plataforma donde se fabrica el modelo. El rodillo deposita el polvo comprimiendo levemente el mismo al depositarlo. El modelo se va construyendo sobre una superficie elevadora, que a cada pasada baja una cantidad equivalente al grueso de la capa depositada.
El láser sinteriza el material que ilumina. Para acelerar el proceso, el conjunto se mantiene precalentado a una temperatura ligeramente inferior a la de fusión del material. Asimismo, la atmósfera interior es de nitrógeno, para evitar riesgos de explosión por polvo.
Cuando el modelo se ha fabricado, se eleva la superficie y se retira el exceso de polvo. De ser necesario se puede realizar un acabado superficial. Se debe respetar el tiempo necesario para el enfriamiento de la pieza, que puede ser significativo.
(un ejemplo gráfico de este proceso lo pueden ver en la Película "pequeños guerreros" en la cual se produce una serie de muñecos en tiempo récord)





Luego de esta breve explicación, transcribiré un artículo sobre su aplicación en la industria militar, sdu combinación con otras tecnicas y tecnologías y las implicancias y desarrollos para la industria Nacional, tanto civil como militar.

PD: perdonen si en algun momento me vuelvo un poco técnico estoy dispuesto a responder cualquier duda
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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Mar 23 Ago 2011 - 8:58

Pinta lindo este trabajo don bashar.
Estaría bueno comenzar por explicar que es sinterización y alguna foto de el proceso de modelado o el mismo terminado.
Alguna vez vi, en los 90 una máquina, que lograba "mecanizar" en 3D lo que se le pidiera, pero trabajaba con chorros de una resina especial mientras las herramientas trabajaban.

Muy interesante el artículo, espero el desarrollo del mismo.

Saludos
Marcelo


Última edición por Marcelo R.Cimino el Mar 23 Ago 2011 - 19:42, editado 1 vez
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bashar
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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Mar 23 Ago 2011 - 17:29

mmm creo Señor Cimino que usted asistió a un proceso de Sinterizado de Polimeroimpresión mediante un modelo 3D RPT.
saludos

aqui le cargo algo sobre sinterización y luego subo imágenes (si me ven "foreando" me voy hacer sinterizaciones a Nepal jajaj)

Saludos

1. SINTERIZACIÓN. GENERALIDADES

Como apartado introductorio, se pasará a definir el sinterizado en una idea general. La sinterización es un tratamiento sólido de un polvo previamente compactado a una temperatura inferior a la fusión del constituyente principal en la cual sus partículas se unen por fenómenos de soldadura en estado sólido. En la fabricación de cerámicas, este tratamiento térmico transforma de un producto en polvo en otro compacto y coherente. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de alúmina, berilia, ferrita y titanatos (derivados del titanio). En el proceso, la difusión atómica en estado sólido tiene lugar entre las superficies de contacto de las partículas a fin de que resulten químicamente unidas.
2. PROCESO. FASES
El proceso de sinterización se divide en una serie de etapas para su mejor comprensión. Son la obtención del polvo, la preparación del polvo, la compactación, la sinterización y el acabado de la pieza. Este proceso, una vez obtenidos los polvos metálicos se puede resumir en tres partes principales que son la obtención de los polvos, la obtención de la forma de la pieza y la sinterización final.
3. OBTENCIÓN DE LOS POLVOS METÁLICOS
Todo el proceso de la industria de la metalurgia de polvos tiene su comienzo con los procesos por los cuales se fabrican los polvos metálicos. Hay gran variedad de procesos para producir polvos de metales. Se comentarán los tres procesos más utilizados en la industria a día de hoy.
Reducción en Estado Sólido
Este proceso ha sido durante mucho tiempo el más utilizado para la producción de polvo de hierro. La materia prima seleccionada es aplastada, mezclada con carbón y pasada por un horno continuo donde reacciona. Este proceso deja una especie de esponja de hierro. Después se aplasta nuevamente, se separan los materiales no metálicos y se tamiza para producir el polvo. Debido a que no se hace ningún refino, la pureza del polvo depende de la pureza de la materia prima.
Electrólisis
Escogiendo las condiciones apropiadas como posición, fuerza del electrolito, corriente, densidad, temperatura, etc., muchos metales pueden convertirse en polvos metálicos. Este proceso puede requerir de otros procesos (secado, aleado, lavado, etc.) para lograr las propiedades deseadas. Dos de las mayores cualidades de este proceso son la alta pureza y la alta densidad alcanzada en los polvos.


Atomización
En este proceso, el metal fundido es separado en pequeñas gotas que luego son congeladas rápidamente antes de que entren en contacto entre ellas o con una superficie sólida. El principal método para desintegrar la delgada corriente de metal fundido es el de someterla al impacto de fuertes flujos de gas (se usan comúnmente aire, nitrógeno y argón) o de líquido (normalmente agua). Variando diferentes parámetros del proceso se puede controlar el tamaño de las partículas. Esta técnica es utilizada en hierro, cobre, aceros, bronce, aluminio, plomo y cinc mayoritariamente.

Además de estos tres procesos, hay varios que están obteniendo una creciente aceptación, debido a sus aplicaciones. Son los Procesos de Electrodo Rotatorio y Trituración Mecánica (sobre los que no se entrará en profundidad). Los futuros procesos y el resultado final alcanzado después del sinterizado están altamente ligados con las características del polvo tales como: tamaño, forma, estructura y condición de la superficie. Una de las propiedades más importantes es la densidad aparente; esto se debe a que la dureza alcanzada en el compactado depende directamente de ella. A su vez esta característica depende de la forma y de la porosidad promedio de las piezas.
Una vez se tiene el polvo empieza el proceso de fabricación de la pieza deseada.
4. OBTENCIÓN DE LA PIEZA
Este proceso está compuesto por básicamente tres etapas: la mezcla, el compactado y la sinterización. Cada una de estas etapas contribuye en las características finales de la pieza.
a) La Mezcla
En la etapa del mezclado se debe alcanzar una mezcla homogénea de los materiales y añadir el lubricante. La principal función del lubricante es la reducir la fricción entre el polvo metálico y las superficies de las herramientas utilizadas. Además, el lubricante debe deslizarse durante la compactación, y así ayudar a conseguir una densidad uniforme en todo el compactado. Se debe tener gran cuidado en la elección del lubricante, ya que pueden aparecer efectos adversos en las durezas del compactado antes y después de sinterizar. Otra precaución que se debe tener en esta etapa del proceso es la de no sobremezclar, ya que se aumenta la densidad aparente de la mezcla y reduce la dureza de la pieza antes del sinterizado.
b) El compactado
La mezcla es introducida en un molde de acero o carburo rígido y presionada para obtener la forma deseada. La presión a la cual se somete la mezcla durante esta etapa es de 150 a 900 MPa. La mezcla debe ser presionada lo suficiente para que soporte la fuerza de la eyección del molde y que pueda ser movida antes del sinterizado. El compactado es una etapa muy importante ya que la forma y las propiedades mecánicas finales de la pieza están fuertemente relacionadas con la densidad al presionar. En esto tiene vital importancia la herramienta que se utilice. Para esta etapa hay un par de procesos interesantes:

La compactación semi-caliente. Nos permite aumentar la densidad del compactado considerablemente con un costo extra muy bajo. Lo único que requiere es que la mezcla, el molde y toda la herramienta utilizada para la compactación sea calentada a una temperatura de 130 – 1500ºC dependiendo del material a utilizar. Al usar este método, la resistencia de la pieza es incrementada más o menos en un 10%.
Presionado en Caliente (sinterizado a presión). A temperaturas elevadas los metales son generalmente más blandos, haciendo posible generalmente que sean compactados a una densidad mucho mayor. La temperatura a alcanzar dependerá del metal a utilizar y su temperatura de fusión, debiendo estar la pieza en un estado plástico (sin llegar a alcanzar dicha temperatura). Después de esta operación también se requiere el sinterizado normal debido a que este, en la mayoría de los casos mejora las propiedades de la pieza. El uso de este método está limitado por su alto coste, al requerir moldes especiales y una atmósfera controlada.
Existe otra división que clasifica los procesos de compactación en compactación en frío y compactación en caliente. Ésta última se realiza a una temperatura superior a la de recristalización del constituyente principal. Otra modalidad importante es la compactación isostática, relevante en materiales cerámicos, donde los polvos se introducen en una matriz flexible (caucho) introducida dentro de un fluido que presiona uniformemente en todas las direcciones.
c) Sinterización
La etapa de la sinterización es clave para el proceso de la metalurgia de polvos. Es aquí en donde la pieza adquiere la resistencia y fuerza para realizar su función. Para describir este proceso basta con decir que ocurre una difusión atómica y las partes unidas durante el proceso de compactación se fortalecen y crecen hasta formar una pieza uniforme. Esto puede inducir a un proceso de recristalización y a un incremento en el tamaño de los granos. Esta operación, casi siempre, se lleva a cabo dentro de un ambiente de atmósfera controlada y a temperaturas entre el 60 y 90% de la temperatura de fusión del mayor constituyente. Cuando hay mezcla de polvos, hay ocasiones en donde el proceso de sinterización se efectúa a una temperatura superior a la de fusión de uno de los constituyentes secundarios como en partes estructurales de hierro/cobre, etc. Al hacer el proceso a una temperatura superior a la temperatura de fusión de un constituyente, se esta haciendo un sinterizado con presencia de fase líquida. Por esto es esencial controlar la cantidad de fase líquida que se presenta durante el proceso para poder asegurar paridad en la forma de la pieza. El horno eléctrico se usa en la mayoría de los casos pero si se requieren temperaturas superiores se puede variar a diferentes tipos de hornos. Las atmósferas controladas son una parte esencial en casi cualquier proceso de sinterización ya que previenen la oxidación y otras reacciones que no conviene al proceso. Algunas de las atmósferas más usadas son las compuestas con hidrógeno seco o con hidrocarburos sometidos parcialmente a la combustión.
5. APLICACIONES Y FUTURO
• Las partes Estructurales son el grupo más grande de materiales fabricados por este método. Estas piezas están mayormente constituidas por hierro, pero tienen además aleaciones con cobre, latón, bronce y aluminio. También se pueden fabricar en Titanio o Berilio. Otros casos de importante aplicación son el uso de la sinterización para la obtención de refractarios de molibdeno y wolframio, ya que las altas temperaturas de fusión de estos metales solo permiten este proceso; y la obtención de cermets (materiales compuestos de una fase metálica y otra cerámica) como los basados en carbonitruro de titanio. En general estas piezas no tienen mejores propiedades mecánicas que las piezas equivalentes fabricadas por otros procesos metalúrgicos. Recientemente y debido al crecimiento exponencial de esta industria se han dado avances importantes en el proceso. Estos adelantos han hecho posible la fabricación de partes con la pulvimetalurgia con propiedades iguales o en muchos casos superiores a piezas fabricadas por los métodos tradicionales. Los valores en las propiedades son a veces inalcanzables por cualquier tipo de fabricación trayendo beneficios importantes tanto en lo económico (costos de piezas y mantenimiento) como en funcionamiento de la máquina. De esta forma, la sinterización es una tecnología presente en la actualidad y muy a tener en cuenta para el futuro.
Las ventajas de este proceso son:
• Permite fabricar geometrías complejas
• Ahorro de material
• Elevada precisión
• Estabilidad del proceso en grandes series
• Buenas características mecánicas
• Productos listos para su montaje
• Economía de coste en comparación con otros procesos
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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Mar 23 Ago 2011 - 20:24

Buenas noches:
Si mal no recuerdo las 2 primeras aplicaciones del proceso de sinterizado fueron los bujes autolubricantes en bronce fosforozo y los insertos de metal duro para herramientas de frezado y torneado.

Saludos
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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Sáb 27 Ago 2011 - 15:43

DiegoT3 escribió:
Buenas noches:
Si mal no recuerdo las 2 primeras aplicaciones del proceso de sinterizado fueron los bujes autolubricantes en bronce fosforozo y los insertos de metal duro para herramientas de frezado y torneado.

Saludos

Exacto Diego! era necesario debido a que los elementos tenían geometrías complejas y se necesitaba presición nanométrica ( ya no milimétrica) y combinarlos con sustancias complejas como titanatos o fosforosos (como mencionás)

en la industria metalmécánica se utilizan los hornos de sinterización al vacío









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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Sáb 27 Ago 2011 - 17:29

Se me ocurren camisas de pistones de mayor rendimiento (motores adiabáticos) o comformados de cámaras de combustión "cerámicas", es decir menor disipación y deformación por calor y mayor vida útil del elemento. Diamantes industriales masivos y económicos también.
Me fuí por las ramas o entendí bien? pensando
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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Sáb 27 Ago 2011 - 18:35


Pues no anda muy errado! es por eso que la sinterización es considerada revolucionaria!!!! la aparición de los "Cermet" es un gran paso adelante.
Pero en el tema de diamantes industriales todavía no hay como los naturales....aunque han sido una solución para la industria del petróleo. Ha habido experimentos en el espacio donde se han combinado cristalizaciones bastantes interesantes, (en las misiones del transbordador Espacial (1988-1990) que dieron con soluciones para los diamantes HPHT (High Temperature High Pressure). en la actualidad sólo se han conseguido diamantes sintéticos hasta de un Kilate de peso.

saludos
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MensajeTema: Re: Nuevas Tecnologías para la Industria Civil y Militar: Sinterización Selectivo láser y Prensado Isostático Caliente (parte 1)   Hoy a las 12:26

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