Aleaciones ligeras impresas, el futuro de la industria automovilística

Los fabricantes de automóviles se han convertido en los mayores inversores privados en Investigación y Desarrollo (I+D) de Europa. Todos ellos tienen un fin común, desarrollar una nueva generación de sistemas de seguridad pasiva para proteger a los ocupantes de los vehículos y al resto de usuarios de la vía, y reducir las emisiones de contaminantes para cumplir con un marco regulador cada vez más exigente. Alcanzar ambos objetivos pasa por construir vehículos más ligeros que consuman menos combustible utilizando aleaciones ligeras que tengan el mayor ratio resistencia/peso posible.

Por tanto, parece evidente que la solución de algunos de los retos a los que se enfrentan los principales sectores industriales europeos, donde se encuentra la industria automovilística, en el marco de la Mecánica Estructural implican el reemplazo de las tradicionales aleaciones de acero mecanizadas (y otras más pesadas) por aleaciones ligeras impresas. Sin embargo, además de una baja densidad, estas aleaciones ligeras deben tener tiempos cortos de producción para asegurar la competitividad en el mercado global de los sectores del transporte y la seguridad, y altos niveles de resistencia y ductilidad (capacidad que tiene un material de deformarse antes de llegar a la ruptura).

Aunque se están empezando a utilizar de manera frecuente piezas metálicas impresas en aplicaciones industriales de baja/moderada solicitación mecánica, el problema de la densificación característico de los componentes metálicos impresos hace que su empleo en aplicaciones de elevada responsabilidad estructural se encuentre todavía en fase embrionaria.

Impresión 3D de metal

Por tanto, en las aleaciones ligeras impresas podemos encontrar dos problemas: porosidad debida a la falta de densificación comentada anteriormente, y anisotropía en el componente estructural. Aunque sean conceptos complejos, este artículo se van a explicar de forma clara y concisa.

El primero de los problemas, la porosidad, no es más que la formación de bolsas de aire extremadamente pequeñas en el seno del material, conocido comúnmente en el ámbito de la ingeniería como microvacíos. Estas pequeñas cavidades de aire provocan, a priori, que la resistencia mecánica del material disminuya considerablemente, lo que implica que su estudio sea de gran importancia.

El segundo problema, la anisotropía, está relacionado con la forma en la que se deposita el material impreso, es decir, cómo se van formando las diferentes capas de material. El concepto de isotropía/anisotropía no es más que el comportamiento del compuesto cuando recibe una solicitación mecánica. Un material isótropo tendrá el mismo comportamiento en cualquier dirección mientras que en un material anisótropo, su comportamiento depende de la dirección en la que se aplique la carga o solicitación mecánica.

Y os estaréis preguntando ¿por qué la anisotropía es un problema? Este fenómeno tiene como contrapartida que complica la caracterización (obtención de sus propiedades mecánicas) y modelización mecánica del material y, por tanto, la predicción de su respuesta bajo carga.

Como se ha explicado, se trata de un problema ingenieril complejo que requiere años de investigación. No obstante, si se logra que las aleaciones ligeras impresas sirvan como sustituto a los metales mecanizados que se utilizan hoy en día, se conseguiría un avance tecnológico sin precedentes que facilitaría el proceso de fabricación y mejoraría la eficiencia energética.