ALENCO - Desarrollo del proceso de SLM para aleaciones endurecibles por precipitación para componentes aeronáuticos de altas prestaciones

Participantes:

EIPC

Programa:

Elkartek

Sectores:

Aeronáutico-Aeroespacial

Tecnologías:

PBF-LB

Objetivo

El objetivo principal es desarrollar el proceso de fabricación aditiva para materiales de altas prestaciones con alto potencial para sustituir aleaciones de níquel, que ampliamente se emplean en aeronáutica y aplicar este desarrollo en piezas reales que presentan inconvenientes para ser fabricadas por tecnologías convencionales como microfusión. Para cumplir con el objetivo general se han definido unos objetivos específicos:

  • Obtener piezas densas mediante optimización de parámetros de proceso de PBF-LB para aleaciones avanzadas endurecibles por precipitación. 
  • Desarrollar tratamientos térmicos específicos para dichas aleaciones para optimizar las propiedades mecánicas.
  • Adecuar el diseño de las piezas convencionales mediante conceptos de diseño DfAM (Design for Additive Manufacturing).
  • Garantizar la calidad de las piezas fabricados por PBF-LB durante el proceso de fabricación mediante sistemas de monitorización.
  • Validar las piezas fabricados utilizando técnicas de inspección destructivas y no destructivas.

La fabricación aditiva podría resolver algunos problemas ligados a la fabricación por microfusión como la simplificación de la fabricación de piezas que requieren elementos adicionales a los habituales en proceso como insertos cerámicos o de cera soluble, la simplificación de la fabricación de piezas que requieren operaciones adicionales y la reducción de rechazo por problemas dimensionales asociados a la deformación de las piezas durante el proceso de microfusión.

Solución

Lortek ha optimizado los parámetros de fabricación de PBF-LB para el acero inoxidable endurecible por precipitación 15-5PH mediante el desarrollo de un diseño de experimentos (DoE). Está basado en la metodología de respuesta Box-Behnken (BB) y permite ajustar los parámetros con un menor número de experimentos, evitando las aproximaciones de prueba-error. Además, se han definido tratamientos térmicos concretos para garantizar las propiedades mecánicas especificadas en la norma aeronáutica AMS5400 con un ciclo optimizado y reducido, disminuyendo los costes asociados. Se han realizado ensayos de tracción a temperatura ambiente y a alta temperatura y se ha analizado la microestructura resultante en cada una de las condiciones. Por otra parte, se ha rediseñado una pieza aeronáutica aplicando el concepto DfAM y aligerando al máximo con estructuras honeycomb. El diseño optimizado se ha fabricado mediante PBF-LB con los parámetros desarrollados para 15-5PH aplicando sistemas de monitorización para que se asegure la calidad del componente. En concreto, se han monitorizado los parámetros de máquina que más pueden afectar en la calidad de la pieza y se ha definido un límite de seguridad para los parámetros más relevantes, para que salgan alertas si se sobrepasan dichos límites. Se ha verificado con un escáner que la pieza no presenta desviaciones dimensionales importantes y que la defectología interna es residual a través de radiografías, líquidos penetrantes y análisis metalográfico.