Gracias a los grandes avances tecnológicos y computacionales de la última década las tecnologías de manufactura aditiva han avanzado significativamente. Actualmente contamos con máquinas capaces de imprimir un amplio rango de materiales, desde polímeros, cerámicos, materiales compuestos, como los biomateriales o los meta materiales, hasta metales.
Todos ellos han supuesto una serie de retos para los científicos de diversas áreas y para los ingenieros, quienes han tenido que estudiar y comprender el comportamiento de dichos materiales durante cada una de las fases de sus respectivos procesos de manufactura aditiva.
Tal es el caso de la impresión 3D de metales, pues, aunque hoy en día existe una gran variedad de tecnologías un alto porcentaje de ellas trabaja con polvos metálicos, o como se les llama científicamente: materiales metálicos granulares.
Los materiales granulares, o polvos, tienen un comportamiento asombroso que ha llamado la atención de los científicos, debido a que dicho comportamiento no corresponde al de los materiales sólidos, ni al de los líquidos ni al de los gases, sino a una combinación de los 3 bajo diferentes condiciones, por lo que describir dicho comportamiento se vuelve difícil y predecirlo aún más.
En nuestra vida cotidiana interactuamos constantemente con los materiales granulares, como el azúcar, la sal, el arroz, el maíz que son considerados como materiales macroscópicos, es decir que los podemos observar a simple vista.
Sin embargo, en la impresión 3D se trabaja con partículas de polvos metálicos cuyos tamaños varían desde las 150 micras hasta las 5 micras o incluso menores, lo que origina que durante el proceso se presenten ciertos fenómenos físicos que influyen en la calidad y en las características físicas, mecánicas, químicas y térmicas de las piezas. Tal es el caso de los tratamientos térmicos que no tienen la misma efectividad en piezas obtenidas por impresión 3D como en piezas fabricadas por métodos de remoción de material o por métodos de primera forma. Debido a esto es importante estudiar el comportamiento de dichas partículas en todas las etapas del proceso.
La reología es la disciplina que nos permite estudiar el flujo y la deformación de los materiales, y gracias a ella hemos logrado comprender algunos de los complejos comportamientos de los polvos metálicos durante la impresión 3D.
Por ejemplo, los polvos metálicos se comportarán como sólidos cuando se encuentren en reposo, o como fluidos viscosos bajo la acción de la gravedad. Si a estos polvos los sometemos a vibraciones de alta frecuencia se generará un fenómeno conocido como licuefacción, el cual expulsa las burbujas de aire atrapadas entre las partículas, generando que el polvo se comporte como un líquido o un gas. Por el contrario, si la frecuencia de las vibraciones es baja los polvos se comportarán como fluidos en convección. Esto sólo por mencionar sólo algunos de los comportamientos más interesantes.
El entendimiento de estos complejos comportamientos es una de las claves del éxito a largo plazo para las impresoras de metal, debido a que esto nos permitirá implementar mejoras que ayuden a optimizar la cantidad de material utilizado, reducir los tiempos de impresión, mejorar la calidad de las piezas obtenidas, aumentar la variedad de polvos que se puedan utilizar en el proceso y ayudar a que estas tecnologías sean adoptadas, cada vez con mayor frecuencia, en los procesos industriales y no sólo en áreas de investigación.
