Tecnología HIP
Índice
Tecnología HIP o prensado isostático en caliente es un proceso de fabricación avanzado para eliminar la porosidad, aumentar la densidad y mejorar las propiedades mecánicas de las piezas producidas mediante fabricación aditiva, fundición, pulvimetalurgia y otras técnicas.
Tecnología HIP Proceso
Cuadro 1: Resumen del proceso de prensado isostático en caliente
| Parámetros | Detalles |
|---|---|
| Principio | Alta temperatura + Alta presión isostática de gas/líquido para consolidar la pieza |
| Etapas del proceso | 1) Cargar las piezas en el contenedor HIP <br>2) Cerrar el recipiente al vacío <br>3) Calentar a la temperatura de tratamiento <br> 4) Aplicar presión isostática mediante gas/fluido <br>5) Enfriar bajo presión <br>6) Libere la presión y desembale las piezas |
| Condiciones típicas | Presión: de 100 a 300 MPa <br> Temperatura: 0,6 a 0,9 x T de fusión <br> Tiempos de ciclo: De 3 a 10 horas |
| Efecto | Reducción de la porosidad, densificación, microestructura, mejora de las propiedades |
La combinación de calor elevado y fuerza uniforme desde todas las direcciones compacta los poros internos mediante la unión por difusión para obtener componentes totalmente densos e isótropos.
Tecnología HIP Aplicaciones
Tabla 2: Aplicaciones en las que el postratamiento HIP es vital
| Área de aplicación | Usos específicos |
|---|---|
| Fabricación aditiva | Piezas aeroespaciales, dentales y médicas impresas en HIP 3D de Ti, CoCr, Inconels, etc. para una densidad total. |
| Fundición a la cera perdida | Álabes de turbina HIP, perfiles aerodinámicos para IGT, turbocompresores de automóviles para cumplir las especificaciones de densificación y resistencia. |
| Pulvimetalurgia | Bielas, engranajes y cojinetes sinterizados HIP para maximizar la consolidación y la resistencia a la fatiga. |
| Embalaje de productos electrónicos | Envases de CI de cerámica o kovar HIP para sellar tapas y garantizar la hermeticidad |
| Metales duros | Herramientas de corte HIP WC-Co y punzones para reducir la porosidad y las grietas restantes |
El HIP tiene una amplia aplicación en la postconsolidación en las industrias de fabricación de aditivos, fundición, P/M y cerámica.
Ventajas de la tecnología HIP
Cuadro 3: Ventajas y valor añadido gracias al HIP
| Parámetros | Beneficios |
|---|---|
| Densificación | Alcanzar toda la densidad teórica; reducir los defectos |
| Resistencia mecánica | Aumenta la resistencia a la tracción en 20% o más |
| Resistencia a la fatiga | 40-50% mayor resistencia a la fatiga y vida útil |
| Resistencia a la fractura | 25-30% posible mejora de la tenacidad |
| Resistencia a las fugas y a la fluencia | El cierre hermético mejora la vida útil |
| Precisión dimensional | Variación de tamaño dentro de 0,1%; contracción isotrópica |
| Microestructura | El refinamiento y la homogeneidad conducen a la coherencia |
HIP amplía las capacidades de los componentes acabados o semiacabados en todas las métricas de rendimiento. Es un complemento vital para la AM metálica en la industria.
Pros y contras
Tabla 4: Ventajas y limitaciones de Tecnología HIP
| Pros | Contras |
|---|---|
| Maximiza la densidad y elimina los defectos de porosidad | Los elevados costes de equipamiento y funcionamiento limitan su adopción |
| Capacidad para formas complejas, cercanas a la red | Compensación de diseño vital; puede afectar a las tolerancias as-built |
| Aplicable a una gama de materiales como metales, materiales compuestos, cerámica | Se necesitan grandes recipientes HIP para componentes industriales |
| Respetuoso con el medio ambiente gracias a la reutilización de gases y el encapsulado de piezas | Manejo especial de sistemas de gas altamente presurizados |
A pesar de los retos que plantea el elevado capital y los gastos de funcionamiento, el HIP tiene potencial para convertirse en un proceso generalizado en el que la calidad constante del material y la precisión a gran escala son muy importantes.
Preguntas frecuentes
P: ¿Para qué metales de fabricación aditiva es más crítico el tratamiento HIP?
A: Aleaciones de titanio y níquel utilizadas en AM aeroespacial. La eliminación de tensiones residuales y poros mediante HIPping mejora el rendimiento a la fatiga y la calidad superficial que se espera de estas piezas impresas a largo plazo.
P: ¿Puede utilizarse el proceso HIP en piezas de plástico y polímeros?
A: Es un reto para los termoplásticos normales, ya que la alta temperatura simplemente fundirá los plásticos. Algunos termoestables, como los compuestos de fibra de carbono, pueden experimentar respuestas HIP moderadas. Los polímeros especiales pueden funcionar en condiciones HIP muy específicas tras una cuidadosa evaluación.
P: ¿Cuáles son los tamaños típicos de los recipientes HIP para aplicaciones industriales?
A: Las más comunes son las cámaras HIP de 1 a 4 metros de diámetro, que pueden procesar piezas industriales utilizadas en sectores como el aeroespacial, la automoción y la ingeniería general. Las empresas de HIP también están desarrollando recipientes de gran tamaño para obtener una mayor capacidad de volumen.
P: ¿Afecta el HIP al acabado superficial de los componentes fabricados mediante aditivos?
A: El HIP puede mejorar moderadamente la rugosidad superficial compensando los efectos del alabeo y reduciendo las partículas satélite. Sin embargo, a menudo sigue siendo necesario el mecanizado de acabado tras el HIP, sobre todo en el caso de componentes críticos utilizados en sectores como el aeroespacial, con estrictas expectativas de textura.
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