La sinterización al vacío es el paso crítico que transforma una impresión de fusión por chorro de aglutinante de una forma frágil en una pieza metálica funcional. Dado que el "cuerpo verde" producido por la impresora se mantiene unido únicamente por un adhesivo temporal, posee baja resistencia y alta porosidad. El tratamiento en un horno de sinterización al vacío es necesario para quemar este aglutinante, unir los átomos de metal y proteger la aleación de la oxidación durante el proceso de alta temperatura.
El cuerpo verde es meramente un precursor; el horno de vacío es donde ocurre la metalurgia real. Al eliminar el aglutinante orgánico y facilitar la difusión atómica en un entorno libre de oxígeno, el proceso de sinterización logra la densificación y la integridad estructural necesarias.
La fragilidad del estado verde
Composición de un cuerpo verde
La fusión por chorro de aglutinante (BJT) construye piezas depositando selectivamente un aglutinante líquido sobre capas de polvo metálico. El objeto resultante, conocido como "cuerpo verde", es esencialmente polvo metálico unido por pegamento seco.
Limitaciones de resistencia
Dado que no hay unión metal-metal en esta etapa, la pieza tiene una resistencia mecánica muy baja. Puede soportar su propio peso, pero no puede soportar tensiones funcionales.
El problema de la porosidad
El cuerpo verde es muy poroso porque el aglutinante ocupa el espacio entre las partículas de metal. Para crear una pieza sólida, este espacio debe cerrarse y el aglutinante debe eliminarse.
El proceso de transformación
Fase 1: Descomposición del aglutinante
La primera función del horno es eliminar el andamiaje temporal. A medida que aumenta la temperatura, el aglutinante orgánico se descompone y se evapora de la pieza. Esto deja un polvo metálico limpio listo para la unión.
Fase 2: Difusión atómica
Una vez que se elimina el aglutinante, se aumenta la temperatura para iniciar la sinterización. Esto desencadena la difusión en fase sólida o líquida, donde los átomos de metal migran a través de los límites de las partículas.
Fase 3: Densificación
Este movimiento atómico une las partículas. A medida que las partículas se fusionan, los vacíos dejados por el aglutinante se reducen, lo que lleva a la densificación inicial del componente.
Por qué un entorno de vacío es innegociable
Protección contra la oxidación
La sinterización requiere temperaturas cercanas al punto de fusión del metal. En una atmósfera estándar, estas temperaturas causarían una oxidación rápida y destructiva del metal.
Preservación de la química de la aleación
Un entorno de vacío elimina el oxígeno, asegurando la pureza química del material. Esto es particularmente vital para aleaciones que contienen elementos activos, como Inconel 718, que son muy susceptibles a la oxidación a altas temperaturas.
Comprender las compensaciones
Contracción dimensional
A medida que el horno impulsa la densificación, el volumen de la pieza disminuye significativamente. Debe tener en cuenta esta contracción durante la fase de diseño CAD para garantizar que la pieza final cumpla con las especificaciones de tolerancia.
Porosidad residual
Si bien el horno de vacío logra la densificación *inicial*, las piezas de fusión por chorro de aglutinante pueden no alcanzar el 100% de la densidad teórica en una sola pasada. Para aplicaciones críticas para la fatiga, puede ser necesario un postprocesamiento adicional (como el prensado isostático en caliente) para cerrar los vacíos internos restantes.
Tomar la decisión correcta para su objetivo
Para garantizar el éxito con la fusión por chorro de aglutinante, debe considerar la impresión y la sinterización como un único proceso acoplado.
- Si su principal enfoque es la precisión dimensional: Caracterice rigurosamente la tasa de contracción de su aleación específica en el horno de vacío para aplicar factores de compensación precisos a su modelo CAD.
- Si su principal enfoque es la integridad del material: Asegúrese de que su horno de vacío sea capaz de mantener un vacío de alta calidad para evitar el agotamiento o la oxidación de elementos reactivos en superaleaciones complejas.
El horno de sinterización al vacío es el puente entre una delicada preforma de polvo y un componente metálico robusto de grado industrial.
Tabla resumen:
| Fase del proceso | Propósito | Resultado clave |
|---|---|---|
| Descomposición del aglutinante | Eliminar adhesivos orgánicos | Polvo metálico limpio listo para la unión |
| Difusión atómica | Facilitar la migración de átomos de metal | Fusión y unión inicial de partículas |
| Densificación | Cerrar vacíos internos | Integridad estructural y reducción de volumen |
| Entorno de vacío | Eliminar la presencia de oxígeno | Prevención de la oxidación y pureza de la aleación |
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Referencias
- Vadim Sufiiarov, Danil Erutin. Effect of TiC Particle Size on Processing, Microstructure and Mechanical Properties of an Inconel 718/TiC Composite Material Made by Binder Jetting Additive Manufacturing. DOI: 10.3390/met13071271
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