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Apr 12, 2023

Uso de la impresión 3D para fortalecer los motores a reacción

Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología, Moscú, Rusia Ingenieros Skoltech

Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología, Moscú, Rusia

Los ingenieros de Skoltech han utilizado una impresora 3D para fabricar, e investigar las características mecánicas de, muestras de aleaciones de bronce y acero previamente desconocidas para la ciencia de los materiales. Combinando las distintas propiedades del bronce y el acero, las nuevas aleaciones podrían usarse para fabricar cámaras de combustión para aviones y motores de cohetes. Estos se beneficiarían tanto de la capacidad del acero para soportar temperaturas extremas como de la capacidad del bronce para conducir el calor fuera de la cámara.

"La impresión 3D es prometedora para la fabricación de piezas compuestas, dotadas de las propiedades de los dos materiales distintos que componen el compuesto", dijo el profesor asociado Igor Shishkovsky, Skoltech Materials. "Considere, por ejemplo, que el acero es resistente a las altas temperaturas creadas por la combustión del combustible en un motor en funcionamiento. Esto es excelente, pero en comparación con el bronce, el acero es un conductor térmico modesto, por lo que el refrigerante del motor no puede desviar el calor de él como de manera eficaz para evitar el sobrecalentamiento y los daños. Bueno, con la impresión 3D, puede obtener lo mejor de ambos mundos al fabricar una cámara de combustión que pasa sin problemas de ser de bronce en el interior para un mejor control de la temperatura a ser de acero en el exterior para sostener la estructura. juntos."

El equipo informó sobre la primera síntesis de una aleación de bronce y acero utilizando una técnica de impresión 3D llamada deposición directa por láser, que funde y fusiona ingredientes en polvo a través de un rayo láser en cada punto sucesivo de la pieza metálica a medida que se crea.

El equipo de Skoltech, de hecho, combinó bronce y acero de dos maneras diferentes: obteniendo aleaciones cuasi-homogéneas y estructuras tipo sándwich. En el primero, los dos materiales están entremezclados de manera uniforme en toda la muestra, mientras que el segundo consta de una serie de capas alternas de bronce y acero de 0,25 mm de espesor. Los investigadores utilizaron un tipo de acero pero variaron su contenido en la aleación del 25 al 50 por ciento y experimentaron con tres variedades comunes diferentes de bronce.

Los resultados confirmaron que los dos materiales se fusionaron bien, sin que se formaran defectos, e investigaron las propiedades estructurales y mecánicas de la aleación de bronce y acero. Para hacerlo, el equipo cultivó barras verticales de abajo hacia arriba y examinó su forma, composición química y microestructura.

"Cuando algo sale mal, la forma de la muestra puede distorsionarse visiblemente o puede romperse en capas durante la impresión 3D. Esto generalmente significa que los materiales utilizados no son adecuados o que las condiciones no se han establecido correctamente", dijo Shishkovsky.

Al no encontrar problemas hasta el momento, los investigadores procedieron a cortar pequeñas piezas de diferentes partes de las muestras e investigaron su estructura interna con microscopía óptica y electrónica de barrido. Las principales características mecánicas se obtuvieron luego en una amplia gama de ensayos mecánicos de compuestos tipo sándwich que continuaron hasta su destrucción.

"Ahora que hemos confirmado que el acero y el bronce pueden combinarse en una aleación y son compatibles con la impresión 3D mediante deposición directa por láser, y conocemos las características mecánicas del nuevo material, podemos explorar sus posibles aplicaciones", dijo el primer autor del estudio. autor Konstantin Makarenko, estudiante, Skoltech Materials. "De cara al futuro, me gustaría fabricar y probar una cámara de combustión de acero y bronce en Skoltech, pero más allá de eso, son posibles otros elementos y se podrían usar otras combinaciones de metales.

"El próximo paso sería crear álabes de turbina hechos de una superaleación reforzada con canales de enfriamiento hechos de bronce. Se trata de combinar los beneficios de dos materiales distintos en un producto sin soldadura ni otras uniones".

Para obtener más información, comuníquese con Skoltech Communications en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita habilitar JavaScript para verlo.; +7 495-280-1481.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de junio de 2023 de la revista Tech Briefs.

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