Diseñar materiales que sean a la vez ligeros y de una robustez excepcional constituye un objetivo de siempre para los ingenieros. Sin embargo, lograr combinar estas dos cualidades sin compromiso sigue siendo un desafío de envergadura. Un equipo del MIT propone hoy una pista prometedora.
Para lograrlo, estos investigadores han desarrollado un método original que permite imprimir en 3D aleaciones de aluminio con rendimientos notables. Al integrar técnicas de aprendizaje automático, han identificado una formulación específica que genera piezas mucho más resistentes que las obtenidas mediante procesos clásicos.
Una nueva aleación de aluminio impresa en 3D es más resistente que el aluminio tradicional, gracias a una receta que produce aluminio (en marrón) con precipitados nanométricos (en azul claro). Estos precipitados se organizan en patrones regulares (azul y verde en el recuadro) para conferir una fuerza excepcional.
Crédito: Felice Frankel Este enfoque ha facilitado enormemente la búsqueda de la composición correcta. En lugar de explorar millones de combinaciones potenciales, las simulaciones se centraron en una cuarentena de candidatas prometedoras. Esta estrategia eficaz llevó al descubrimiento de una aleación optimizada para la impresión 3D, evitando así cálculos tediosos.
La impresión 3D, o fabricación aditiva, juega un papel central en este proceso. La técnica de fusión sobre lecho de polvo por láser permite un enfriamiento rápido, lo que favorece la formación de microestructuras finas y densas. Estas características son importantes para obtener una resistencia aumentada, ya que impiden el crecimiento de los precipitados durante la solidificación.
Las pruebas realizadas en las muestras impresas confirmaron las predicciones iniciales. La aleación presenta una resistencia cinco veces superior a la del aluminio fundido de manera tradicional. También conserva su estabilidad a temperaturas elevadas, alcanzando hasta 400 grados Celsius, lo que es notable para este tipo de material.
Las aplicaciones potenciales cubren varios ámbitos, desde las palas de ventiladores en los motores de avión hasta los sistemas de refrigeración para centros de datos. Este avance podría permitir diseños más ligeros y ahorradores de energía, con repercusiones interesantes para sectores como el transporte o la industria.
El equipo científico desea ahora extender este enfoque a otras aleaciones, abriendo nuevas perspectivas para el diseño de materiales de alto rendimiento. Según los expertos citados en
Advanced Materials, esta metodología podría modificar la manera en que producimos piezas metálicas elaboradas en el futuro.
La eficacia del aprendizaje automático en ciencia de materiales
El aprendizaje automático permite acelerar el descubrimiento de nuevos materiales analizando rápidamente vastos conjuntos de datos. En lugar de probar cada combinación posible, los algoritmos identifican patrones y correlaciones entre las propiedades de los elementos. Este enfoque reduce el tiempo y los recursos necesarios, al enfocarse en las composiciones más prometedoras para simulaciones más profundas.
En el ámbito de las aleaciones, estas herramientas pueden anticipar cómo evoluciona la microestructura en función de los elementos añadidos. Ayudan, por ejemplo, a entender qué ingredientes favorecen la formación de precipitados nanométricos, que refuerzan el material. Esto permite evitar numerosos experimentos infructuosos y guía a los investigadores hacia soluciones óptimas.
Los mecanismos de la solidificación rápida en impresión 3D
La solidificación rápida es un proceso importante en la impresión 3D metálica, en particular con técnicas como la fusión sobre lecho de polvo por láser. Cuando el metal fundido se enfría rápido, no tiene tiempo de formar estructuras gruesas, lo que conduce a microestructuras más finas y densas. Estas características mejoran la resistencia mecánica del material final.
En el caso del aluminio, un enfriamiento acelerado impide el crecimiento de los precipitados, minúsculas partículas que se forman durante la solidificación. Al mantenerlas a una escala nanométrica, se distribuyen uniformemente y refuerzan la aleación en lugar de debilitarla. Este fenómeno explica por qué la impresión 3D puede producir aleaciones más sólidas que las fabricadas tradicionalmente.
Fuente: Advanced Materials