¿Qué niveles de resistencia alcanzan el 316L y el 7075 después de la impresión 3D?

Desde la perspectiva de la fabricación y la ingeniería, los niveles de resistencia del acero inoxidable 316L y del aluminio 7075 después de la impresión 3D son el resultado directo de las microestructuras únicas formadas por procesos como la sinterización selectiva por láser de metales (DMLS). Es fundamental comprender que las propiedades “tal como impresas” difieren significativamente de sus equivalentes laminados y dependen en gran medida de los parámetros específicos de impresión y del posprocesamiento posterior.

Propiedades del Acero Inoxidable 316L en DMLS

El 316L producido por DMLS normalmente presenta una resistencia más alta pero una ductilidad ligeramente menor que su forma laminada recocida, debido a la microestructura celular extremadamente fina y a las tensiones residuales generadas por la solidificación rápida.

• Propiedades Mecánicas Típicas Tal Como Impreso (DMLS):

  • Resistencia Última a la Tracción (UTS): 500 - 700 MPa

  • Límite Elástico (0.2% Desviación): 400 - 550 MPa

  • Elongación a la Rotura: 30 - 50%

• Comparación con 316L Laminado (Recocido):

  • UTS: ~485 MPa

  • Límite Elástico: ~170 MPa

  • Elongación: ~40%

• Punto Clave: El 316L DMLS tal como impreso presenta un límite elástico significativamente más alto (a menudo más del doble), manteniendo a la vez una excelente ductilidad y resistencia a la corrosión. Esto lo hace adecuado para aplicaciones exigentes en las industrias de dispositivos médicos y de aeroespacial y aviación.

• Efecto del Tratamiento Térmico: El recocido de alivio de tensiones reduce las tensiones internas con una ligera disminución de la resistencia. El recocido en solución (recocido completo) recristaliza la microestructura, acercando las propiedades a los valores del material laminado recocido, reduciendo significativamente el límite elástico pero restaurando la máxima ductilidad.

Propiedades del Aleación de Aluminio 7075 en DMLS

La situación del aluminio 7075 es más compleja y representa un desafío importante para los procesos de fusión en lecho de polvo por láser. El 7075 es una aleación de alta resistencia, endurecible por precipitación (con Zn como elemento de aleación principal), que es muy susceptible al agrietamiento en caliente y al agrietamiento por solidificación durante el rápido enfriamiento en DMLS.

• Propiedades Mecánicas Típicas Tal Como Impreso (DMLS) (si se logra un procesamiento sin grietas):

  • Resistencia Última a la Tracción (UTS): 200 - 350 MPa

  • Límite Elástico (0.2% Desviación): 100 - 250 MPa

  • Elongación a la Rotura: 1 - 5%

• Comparación con 7075-T6 Laminado:

  • UTS: ~570 MPa

  • Límite Elástico: ~500 MPa

  • Elongación: ~10%

• Punto Clave: El 7075 estándar en estado DMLS tal como impreso presenta una resistencia y ductilidad drásticamente menores en comparación con el material laminado T6. El proceso a menudo produce una pieza frágil y de baja densidad debido a la microfisuración.

• Enfoques Especializados y Alternativas:

  • Funcionalización con Nanopartículas: Las investigaciones y procesos especializados incluyen recubrir el polvo de 7075 con nanopartículas (por ejemplo, Zr o TiB2) para nuclear una microestructura de grano fino y suprimir el agrietamiento, pudiendo alcanzar resistencias cercanas a 500 MPa de UTS después del envejecimiento.

  • Aleaciones de Aluminio Alternativas para DMLS: Por estas razones, el estándar de la industria para aluminio de alta resistencia en DMLS es AlSi10Mg o Scalmalloy®.

    • AlSi10Mg (tal como impreso + envejecido): UTS ~400 MPa, Límite Elástico ~250 MPa. Ofrece una buena combinación de resistencia, ligereza e imprimibilidad.

    • Scalmalloy® (una aleación patentada Al-Mg-Sc): UTS ~520 MPa, Límite Elástico ~480 MPa, Elongación ~10%. Actualmente es la aleación de aluminio de mayor resistencia disponible para DMLS, diseñada específicamente para la fabricación aditiva.

Resumen e Implicaciones de Ingeniería

Guía de Ingeniería:

1. Para Aplicaciones de Acero Inoxidable de Alta Resistencia: El 316L DMLS es una excelente opción, ya que ofrece un límite elástico superior al del material laminado. Se beneficia de la pasivación para lograr una resistencia a la corrosión óptima.

2. Para Aplicaciones de Aluminio de Alta Resistencia: Evite el 7075 estándar para DMLS. En su lugar, especifique AlSi10Mg para un rendimiento global equilibrado o Scalmalloy® para la mayor resistencia posible. Estas piezas pueden mejorarse aún más mediante anodizado para la protección superficial.

3. Validar Siempre: Las propiedades mecánicas dependen del proceso. Para aplicaciones críticas, solicite siempre informes de ensayos de materiales al proveedor de fabricación basados en sus parámetros de construcción específicos.