La fabricación aditiva con titanio utiliza láseres, haces de electrones o arcos eléctricos para fabricar componentes complejos con una forma casi definitiva. Esta guía compara la fusión selectiva por láser, la deposición de metal por láser, la fusión en lecho de polvo por haz de electrones y la fabricación aditiva por arco con alambre en función de la precisión, la velocidad de deposición, el coste de la materia prima, la tensión residual, el tamaño de la pieza fabricada, el acabado superficial y las necesidades de posprocesamiento. También describe las microestructuras representativas de Ti-6Al-4V, Ti-17 y Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V, el comportamiento criogénico, las bandas térmicas y las perspectivas de futuro relacionadas con la monitorización de procesos, las aleaciones de alta temperatura, los compuestos de matriz de titanio y el refuerzo con TiB o TiC para componentes industriales de alta exigencia.
Las aleaciones de titanio combinan una elevada resistencia específica, resistencia a la corrosión y capacidad para soportar altas temperaturas, pero su procesamiento convencional resulta costoso y complicado. La fabricación aditiva permite crear componentes con una forma casi definitiva capa a capa, lo que la convierte en una opción atractiva para piezas complejas destinadas a los sectores aeroespacial y médico. Las principales fuentes de energía son los láseres, los haces de electrones y los arcos eléctricos.
La fusión selectiva por láser utiliza un rayo láser concentrado para fundir capas sucesivas de un lecho de polvo según los datos del modelo segmentado. Una vez que se solidifica una capa, la plataforma de impresión desciende, se esparce polvo nuevo y el ciclo se repite.
Parámetros del proceso como la potencia del láser, la velocidad de barrido, el espesor de la capa, la separación entre tramas y la estrategia de barrido determinan la densidad, los defectos, la tensión residual y la textura. Un estudio sobre el Ti-6Al-4V citado en la fuente indica que un recocido completo a 840 °C durante 2 h modifica la microestructura tal y como se obtiene tras la impresión y mejora su uniformidad.
La deposición de metal por láser introduce polvo o alambre directamente en un baño de fusión creado por láser. Permite construir piezas de mayores dimensiones y reparar componentes costosos, pero la precisión de la deposición y la calidad de la superficie suelen ser inferiores a las de la fusión en lecho de polvo. La solidificación direccional rápida puede producir granos columulares gruesos de beta primaria y una estructura de trenzado, tal y como se muestra en el caso del Ti-17.
Los procesos con láser ofrecen una alta precisión y un buen aprovechamiento del material, pero el coste del polvo, las tensiones residuales, el tamaño limitado de la pieza fabricada, la estabilidad del proceso y la necesidad de un posprocesamiento siguen siendo factores limitantes.
La fusión por haz de electrones sobre lecho de polvo se lleva a cabo en vacío y precalienta el lecho de polvo, lo que reduce los gradientes térmicos y la tensión residual. Es muy adecuada para aleaciones de titanio reactivas y permite alcanzar altas velocidades de construcción, aunque el acabado superficial y la precisión dimensional suelen ser inferiores a los de la fusión por láser sobre lecho de polvo.
La fuente señala que el Ti-6Al-4V obtenido mediante fusión en lecho de polvo puede conservar una buena ductilidad criogénica, con un alargamiento de aproximadamente 20% a 20 K y de 29% a 77 K, y atribuye este comportamiento al gemelado por deformación.
La fabricación aditiva por arco eléctrico con alambre utiliza un arco eléctrico y alambre como material de aporte. Su elevada velocidad de deposición y el bajo coste del material de aporte la hacen adecuada para piezas estructurales de gran tamaño; sin embargo, el aporte de calor es elevado, la precisión dimensional es menor y puede requerir un mecanizado considerable. El ciclo térmico puede dar lugar a bandas macroscópicas y microestructuras heterogéneas en los depósitos de Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V.
| Proceso | Ventaja principal | Limitación principal | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| Fusión por láser en lecho de polvo | Gran nivel de detalle y precisión | Coste del polvo, tensión residual y volumen de impresión limitado | Piezas pequeñas y complejas |
| Deposición de metal por láser | Deposición y reparación flexibles | Menor resolución y calidad de la superficie | Reparación y piezas de tamaño medio a grande |
| Fusión por haz de electrones en lecho de polvo | Procesamiento al vacío y menor tensión residual | Superficie más rugosa y menor nivel de detalle | Aleaciones reactivas y producción en serie |
| Fabricación aditiva por arco con alambre | Alta velocidad de deposición y bajo coste del alambre | Elevada aportación de calor y mecanizado de acabado pesado | Preformas estructurales de gran tamaño |
Las líneas de investigación futuras se centran en los compuestos de matriz de titanio, las aleaciones para un funcionamiento a temperaturas superiores a 600 °C y los refuerzos a escala nanométrica, como el TiB y el TiC. Para que su adopción industrial sea más generalizada, resultarán esenciales una supervisión fiable, la simulación, el control de defectos y unas normas de diseño específicas para cada proceso.
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