¿Qué defectos internos ocurren en piezas de Inconel DMLS y cómo se controlan?

Desde una perspectiva de ingeniería, los defectos internos en las piezas de Inconel fabricadas mediante sinterización directa de metal por láser (DMLS) se originan principalmente por la interacción entre la energía del láser, la calidad del polvo, la estrategia de escaneo y el soporte de las geometrías en voladizo. Cuando fabricamos componentes críticos de superaleaciones mediante sinterización directa de metal por láser (DMLS) y los terminamos mediante servicios de mecanizado CNC de superaleaciones, nuestro objetivo es controlar la porosidad, las grietas y la inhomogeneidad microestructural para cumplir los exigentes requisitos de los sectores de aeroespacial, generación de energía y petróleo y gas.

Defectos Internos Típicos en Piezas de Inconel Fabricadas por DMLS

El defecto interno más común es la porosidad. Los poros por falta de fusión se producen cuando la energía del láser es insuficiente o las trayectorias de escaneo están desalineadas, dejando regiones sin fundir entre las capas. La porosidad gaseosa y los poros tipo “keyhole” se forman cuando el gas atrapado o el exceso de energía crean cavidades de vapor que se solidifican como vacíos redondeados. En aleaciones de alta resistencia como Inconel 718 o aleaciones Inconel genéricas, estos poros pueden actuar como iniciadores de grietas por fatiga bajo cargas cíclicas.

Otra clase de defecto son las microgrietas, especialmente las grietas en caliente a lo largo de los límites de grano. Las superaleaciones a base de níquel presentan rangos de solidificación estrechos y elevadas tensiones residuales; si los parámetros del proceso o el diseño de la pieza no están optimizados, los gradientes térmicos pueden provocar grietas microscópicas en el volumen del material. Finalmente, pueden aparecer zonas con falta de consolidación (partículas sin fundir o capas previas incompletamente refundidas) en regiones sombreadas, paredes muy delgadas o áreas con disipación térmica deficiente.

Control de Parámetros del Proceso y del Polvo

El control de defectos comienza con el polvo. Especificamos polvos de Inconel de calidad aeroespacial con distribuciones de tamaño de partícula estrictas, morfología esférica y bajo contenido de oxígeno, y monitorizamos los ciclos de reutilización para evitar una disminución del flujo y un aumento en la captación de gas. En el lado del proceso, los parámetros de DMLS (potencia del láser, velocidad de escaneo, distancia entre pasadas, espesor de capa) se ajustan cuidadosamente y se fijan para cada aleación y rango de espesores de pieza.

Las estrategias de construcción —como el escaneo en franjas o tablero de ajedrez, los pasajes de contorno y la rotación de vectores de escaneo— se utilizan para reducir las tensiones residuales y evitar la acumulación repetida de calor en la misma zona. Para programas críticos, nos basamos en ventanas de proceso desarrolladas mediante piezas de prueba y ensayos destructivos, aplicando control estadístico del proceso para mantener la estabilidad del baño de fusión. Para muchas piezas finales, combinamos DMLS con diseño de forma casi neta y finalizamos las dimensiones críticas mediante servicios de mecanizado CNC y, cuando es necesario, mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para eliminar cualquier defecto superficial conectado.

Posprocesado y Ensayos No Destructivos (END) para Mitigar Defectos Internos

El método más eficaz para reducir la porosidad interna en piezas de Inconel fabricadas por DMLS es el prensado isostático en caliente (HIP). Bajo alta temperatura y presión de gas isostática, los poros sub-superficiales se cierran y se consolidan, mejorando significativamente la vida a fatiga. El HIP suele ir seguido de un ciclo de tratamiento térmico adaptado para aleaciones como Inconel 718, que desarrolla la precipitación gamma prima/doble prima y las propiedades mecánicas requeridas.

Después del HIP y el tratamiento térmico, realizamos mecanizado de precisión y rectificado CNC en superficies de sellado, muñones y superficies de acoplamiento para eliminar defectos superficiales y garantizar la precisión dimensional. La calidad interna se verifica mediante ensayos no destructivos, incluyendo radiografía o tomografía computarizada (CT) para detectar porosidad y falta de fusión, inspección ultrasónica para indicaciones planas y, cuando corresponde, ensayos por líquidos penetrantes para grietas superficiales.

Para la producción en serie, calificamos toda la ruta de fabricación aditiva a mecanizado —polvo, parámetros de construcción DMLS, HIP, tratamiento térmico, acabado e inspección— en componentes de prueba representativos. Este enfoque integrado permite que las piezas de Inconel fabricadas por DMLS cumplan los requisitos de fiabilidad de los componentes de secciones calientes de turbinas, intercambiadores de calor y colectores de alta presión, manteniendo al mismo tiempo la libertad de diseño y las ventajas de tiempo de entrega que ofrecen la impresión 3D metálica y el mecanizado CNC de piezas personalizadas.