Impresión en 3D de níquel In625 en polvo metálico para componentes de turbinas aeroespaciales

1. Introducción

Las superaleaciones a base de níquel, particularmente Inconel 625 (In625), se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales debido a su excepcional resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga.Fabricación aditiva (AM), o impresión 3D, permite la producción de componentes complejos de turbinas aeroespaciales con menos desperdicio de material y una mayor flexibilidad de diseño.

Esta descripción detallada cubre las propiedades del polvo de metal In625, los procesos de impresión 3D, el posprocesamiento y las aplicaciones de turbinas aeroespaciales.

2. Inconel 625 (In625) Propiedades del polvo metálico

In625 es una superaleación de níquel-cromo-molibdeno con las siguientes características clave:

Composición química (ASTM B443)

Propiedades mecánicas y térmicas

• Resistencia a la tracción: 930 MPa (a temperatura ambiente)

• Resistencia al rendimiento: 517 MPa

• Elongado: 42,5%

• Densidad: 8,44 g/cm3

• Punto de fusión: 1290 - 1350°C

• Resistencia a la oxidación: excelente hasta 980°C

• Resistencia a la corrosión: Resistente a los agujeros, la corrosión de las grietas y el agua salada

Características del polvo para impresión 3D

• Distribución del tamaño de las partículas: 15 - 45 μm (para LPBF) o 45 - 106 μm (para DED)

• Morfología: Esférica (para una fluidez óptima)

• Método de producción de polvo: Atomización de gas (argon o nitrógeno)

• Flujo: ≤ 25 s/50 g (ensayo con el caudalímetro de Hall)

• Densidad aparente: ≥ 4,5 g/cm3

3Procesos de impresión 3D para el sector de las turbinas aeroespaciales

Los métodos de impresión 3D de metal más comunes para In625 incluyen:

A. Fusión en lecho de polvo láser (LPBF / SLM)

• Proceso: Un láser de alta potencia derrite selectivamente el polvo In625 capa por capa.

• Ventajas:

  • Alta precisión (± 0,05 mm)

  • El acabado de la superficie fina (Ra 5 - 15 μm)

  • Apto para complejos canales de refrigeración interna en las palas de las turbinas

• Parámetros típicos:

  • Potencia del láser: 200 - 400 W

  • espesor de la capa: 20 - 50 μm

  • Velocidad de exploración: 800-1200 mm/s

  • Tasa de construcción: 5 a 20 cm3/h

B. Deposición de energía dirigida (DED / LENS)

• Proceso: Un láser o un haz de electrones derrite el polvo In625 a medida que se deposita.

• Ventajas:

  • Las precipitaciones más elevadas (50-200 cm3/h)

  • Apto para componentes y reparaciones de grandes turbinas

• Parámetros típicos:

  • Potencia del láser: 500 - 2000 W

  • Rate de alimentación del polvo: 5 - 20 g/min

C. Fusión del haz de electrones (EBM)

• Proceso: utiliza un haz de electrones en el vacío para derretir el polvo In625.

• Ventajas:

  • Reducción de la tensión residual (debida a la alta temperatura de precalentamiento)

  • Las tasas de construcción más rápidas que LPBF

• Parámetros típicos:

  • Corriente de haz: 5 - 50 mA

  • Voltado de aceleración: 60 kV

  • espesor de la capa: 50 - 100 μm

4. Postprocesamiento para componentes de turbinas aeroespaciales

Para cumplir con los estrictos requisitos aeroespaciales, el posprocesamiento es esencial:

A. Tratamiento térmico

• Relieve de tensión: 870°C durante 1 hora (refrigeración por aire)

• Solución Anillamiento: 1150°C durante 1 hora (extinción con agua)

• Envejecimiento (si es necesario): 700 - 800°C durante 8 - 24 horas

B. Presión isostática en caliente (HIP)

• Propósito: Elimina la porosidad interna (mejora la resistencia a la fatiga)

• Parámetros: 1200°C a 100-150 MPa durante 4 horas

C. Mecanizado y acabado

• Mecanizado CNC: para las características de tolerancia estrecha

• Fabricación de revestimientos de superficies: pulido electroquímico o mecanizado de flujo abrasivo para superficies más lisas

• Pruebas no destructivas: tomografía computarizada por rayos X, pruebas ultrasónicas o inspección de penetración de colorantes

5Aplicaciones de las turbinas aeroespaciales

El In625 impreso en 3D se utiliza en componentes críticos de las turbinas, incluidos:

• Las hojas y las paletas de las turbinas (con canales de refrigeración internos)

• Revestimientos para combustibles (resistencia al calor y a la corrosión)

• Las boquillas de escape (estabilidad a altas temperaturas)

• Boquillas de combustible (el motor LEAP de GE Aviation utiliza el In625 impreso en 3D)

• Reparación de piezas gastadas de las turbinas (a través de DED)

Ventajas sobre la fabricación tradicional

✔ Reducción de peso (optimización de estructuras de red y topología)
✔ Producción más rápida (sin necesidad de herramientas complejas)
✔ Mejora del rendimiento (canal de refrigeración optimizado)
✔ Ahorro de material (fabricación de casi redes)

6Desafíos y tendencias futuras

Los desafíos:

• El alto costo del polvo In625

• Estres residual y distorsión (requiere un tratamiento térmico adecuado)

• Límites de reutilización del polvo (normalmente entre 5 y 10 ciclos antes de la degradación)

Tendencias futuras:

• Optimización de procesos impulsada por IA (para impresión sin defectos)

• Fabricación híbrida (combinando la fabricación automática con el mecanizado CNC)

• Desarrollo de nuevas aleaciones (variantes para temperaturas más altas)