Solid-State and Super Solidus Liquid Phase Sintering of 4340 Steel SLM Powders Shaped by Fused Filament Fabrication

Sinterización en estado sólido y fase líquida supersólida de polvos SLM de acero 4340 conformados mediante fabricación por filamento fundido

Se procesaron polvos de acero 4340 con un proceso de fabricación aditiva mediante la técnica FFF (Fused Filament Fabrication). Se desarrolló un filamento compuesto para imprimir muestras y estudiar el efecto de las temperaturas del lecho y de la boquilla en sus propiedades físicas y microestructurales. Las muestras impresas fueron descortezadas y sinterizadas por: Solid State (SS) a 1300 °C o SLPS (Supersolidus Liquid Phase Sintering) a 1420 °C. La metalografía y la microscopía electrónica de barrido (SEM) identificaron la microestructura y las fases. La dureza de las muestras sinterizadas se midió con el método Vickers. El proceso SLPS contribuye a una mejor densificación y contracción del volumen; sin embargo, favorece la distorsión geométrica de las muestras en comparación con las muestras SS. La microestructura de las muestras sinterizadas consiste en ferrita situada en el grano original de austenita y bainita. El mecanismo de sinterización influyó significativamente en la dureza de las muestras. Por último, se diseñó, imprimió, desbastó y sinterizó una pieza con el objetivo de estudiar el ángulo de inclinación máximo, los agujeros verticales y horizontales mínimos y el espesor mínimo de la capa vertical, que pueden obtenerse mediante todo el proceso.

I. INTRODUCCIÓN

La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, es un proceso de fabricación alternativo a los existentes como la fundición, la forja y el mecanizado, entre otros. La AM se ha convertido en una de las principales líneas de investigación de diversas instituciones académicas y de la industria productora de componentes metálicos y cerámicos para generar nuevas soluciones que reduzcan los tiempos de producción y utilicen procesos de tecnologías limpias. Las limitaciones y capacidades de cada proceso de AM son cruciales para seleccionar el proceso de AM apropiado para una aplicación específica [ 1 ].

La producción de componentes metálicos mediante fabricación aditiva fue impulsada por el inventor Carl R. Deckard mediante el SLM (Selective Laser Melting), una técnica basada en haces que es una de las tecnologías más utilizadas en la industria [ 2 ] . Sin embargo, la tecnología SLM en términos de implementación se ha quedado rezagada respecto a otras tecnologías debido a sus costos de adquisición y operación. Además, el costo de SLM depende de su complejidad, ya que es más alto que la fabricación extractiva para piezas de baja complejidad y ligeramente menos costoso para piezas de alta complejidad [ 1 ].