Impresión 3D de Inconel 718

Visión general

El Inconel 718 es una superaleación de níquel-cromo de alta resistencia muy utilizada en aplicaciones de temperaturas extremas, como componentes de turbinas de gas, motores de cohetes y reactores nucleares. La combinación de excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y trabajabilidad hacen del Inconel 718 un material versátil en sectores como el aeroespacial, el del petróleo y el gas, la generación de energía y la automoción.

En los últimos años, la fabricación aditiva (AM) de Inconel 718 ha surgido como un método de producción transformador para fabricar piezas metálicas complejas de alto rendimiento. También conocida como impresión 3D, la AM crea componentes capa a capa directamente a partir de un modelo 3D sin las limitaciones del mecanizado o la fundición tradicionales.

Esta guía ofrece una visión en profundidad de Impresión 3D de Inconel 718Esta publicación incluye las propiedades de la aleación, los tipos de procesos de AM más habituales, los parámetros, las microestructuras, el comportamiento mecánico, el posprocesamiento, las aplicaciones y los proveedores. Su objetivo es ayudar a ingenieros, diseñadores y directores de programas técnicos a implementar la impresión 3D de Inconel 718 y a cualificar las piezas impresas para su uso en producción.

Visión general de la aleación Inconel 718

El Inconel 718 es una aleación de níquel-cromo endurecida por precipitación que contiene importantes elementos de aleación como niobio, molibdeno, aluminio y titanio.

Composición del Inconel 718

El níquel y el cromo proporcionan resistencia a la corrosión y estabilidad a altas temperaturas. Los elementos endurecedores como el niobio y el molibdeno aportan una resistencia superior mediante mecanismos de refuerzo por precipitación y solución sólida.

Propiedades del Inconel 718

• Excelente resistencia hasta 700°C
• Alta tenacidad al impacto y resistencia a la fatiga
• Buena resistencia a la oxidación y la corrosión
• Alta resistencia a la rotura por fluencia
• Fácil de conformar y soldar con técnicas estándar
• Densidad de 8,19 g/cm3

Esta combinación de propiedades hace que el Inconel 718 sea adecuado para entornos extremos que superan las capacidades de los aceros y las aleaciones de aluminio.

Impresión 3D de Inconel 718 Procesos

Varios procesos de fabricación aditiva han demostrado su eficacia con Inconel 718 y se están adoptando cada vez más para aplicaciones de producción:

Procesos populares de AM para Inconel 718

El L-PBF y el E-PBF pueden alcanzar densidades superiores a 99,5% con propiedades similares a las del Inconel 718 forjado. La DED y el chorro de ligante requieren un tratamiento posterior para alcanzar la densidad total.

Cada proceso requiere la optimización de los parámetros de impresión para lograr la microestructura y las propiedades deseadas.

Parámetros de impresión 3D de Inconel 718

Los parámetros de impresión influyen significativamente en la microestructura resultante, los defectos y el rendimiento mecánico de las piezas impresas de Inconel 718.

Parámetros clave de impresión de Inconel 718

Las capas más finas y las trampillas más estrechas mejoran la densidad y la unión, pero reducen la velocidad de fabricación. Un escaneado más rápido da granos más finos pero puede causar grietas en caliente. Los tamaños de polvo pequeños mejoran el acabado superficial.

La cuidadosa optimización de los parámetros adapta la resistencia de la estructura del grano, la ductilidad, la calidad de la superficie y la productividad de la impresión.

Microestructuras de impresión 3D de Inconel 718

Inconel 718 presenta diversas microestructuras cuando se imprime mediante procesos de AM:

Características microestructurales en Inconel 718 impreso

• Granos columnares paralelos a la dirección de construcción
• Granos epitaxiales que coinciden con la orientación de la placa base
• Ancho de grano típico de 100-400 μm
• Segregación por solidificación entre núcleos dendríticos y regiones interdendríticas
• Falta de textura en comparación con el producto forjado
• Precipitación de fases de refuerzo como γ" y γ'
• Porosidad y microfisuras por fusión incompleta

La morfología de los granos sigue el flujo de calor y los patrones de solidificación durante la impresión. La segregación provoca variaciones químicas que pueden causar grietas. Es necesario un procesamiento cuidadoso para lograr una microestructura uniforme y controlada.

Los tratamientos térmicos disuelven las fases desfavorables y promueven precipitados endurecedores como el Ni3Nb gamma-doble-prima para una resistencia óptima.

Propiedades del Inconel 718 impreso

El procesamiento AM puede lograr propiedades mecánicas comparables a las del Inconel 718 forjado con una optimización adecuada:

Propiedades mecánicas del Inconel 718

La resistencia alcanza o supera los niveles de forjado, aunque las propiedades de alargamiento y fatiga siguen siendo inferiores y más variables.

Se observa una anisotropía de la tracción entre las orientaciones de fabricación vertical y horizontal. Las propiedades están fuertemente influenciadas por los parámetros específicos del proceso AM utilizados.

Postprocesado de Inconel 718 impreso

A menudo se requieren procesos posteriores a la impresión para mejorar el acabado superficial, la precisión dimensional y las propiedades del material:

Métodos habituales de postprocesado

• Tratamiento térmico - Desarrolla una microestructura óptima y precipita el endurecimiento
• Prensado isostático en caliente - Cierra los huecos internos y la porosidad
• Mecanizado de superficies - Reduce la rugosidad de la superficie para acabados críticos
• Granallado - Induce tensiones de compresión para mejorar la vida a fatiga
• Revestimientos - Proporcionar resistencia al desgaste o a la corrosión cuando sea necesario

Normalmente se utiliza el endurecimiento por envejecimiento estándar de Inconel 718, aunque algunos modifican el tratamiento térmico para las microestructuras AM. El mecanizado, esmerilado o pulido se utilizan cuando los requisitos de acabado superficial son estrictos.

Aplicaciones del Inconel 718 impreso

Impresión 3D de Inconel 718 es muy adecuado para:

• Aeroespacial - Componentes de turbinas, toberas de cohetes, conjuntos de motores
• Generación de energía - Piezas de la sección caliente de turbinas de gas, revestimiento de combustible nuclear
• Automoción - Ruedas y carcasas de turbocompresores
• Petroquímica - Herramientas de fondo de pozo, válvulas, bombas
• Espacio - Componentes de satélites y plataformas de lanzamiento
• Medicamento - Implantes dentales, instrumental quirúrgico

Ventajas frente a los métodos convencionales:

• Libertad de diseño para geometrías complejas
• Reducción de peso mediante celosías y optimización topológica
• Consolidación de piezas, montaje reducido
• Plazos de entrega más cortos para la producción bajo demanda
• Formas personalizadas, inventarios digitales

Las limitaciones incluyen los costes del proceso para volúmenes de producción bajos y los retos de certificación en industrias reguladas.

Proveedores de Inconel 718 impreso

Muchos fabricantes ofrecen servicios de impresión 3D de Inconel 718 en todo el mundo:

Seleccionar proveedores de servicios

Tanto los grandes fabricantes de equipos originales como las empresas de servicios especializados en AM ofrecen la impresión de Inconel 718. Muchos ofrecen operaciones de acabado secundarias.

El coste de las piezas oscila entre $100-500/lb, según el tamaño del pedido, los requisitos de calidad y el método de procesamiento utilizado.

Calificación de piezas impresas de Inconel 718

En el sector aeroespacial y otras aplicaciones reguladas se aplican estrictos protocolos de cualificación:

• Pruebas mecánicas en distintas orientaciones de impresión
• Análisis químico para la conformidad de la composición
• Evaluación no destructiva (END) para la detección de defectos
• Evaluación del rendimiento a largo plazo mediante tratamiento térmico, prensado isostático en caliente y ensayos de mecanizado.
• Evaluación de la reproducibilidad de los procesos
• Documentación sobre optimización de parámetros, microestructuras y prevención de defectos

Los artefactos de ensayo, como barras de tracción, muestras de fatiga y cupones de material, optimizan la caracterización de las propiedades impresas.

El cumplimiento de las especificaciones industriales aplicables respalda la certificación y la aprobación de la producción.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué tamaño de partícula se recomienda para imprimir Inconel 718?

El polvo de 10-45 micras es típico, con polvo más fino de ~15 micras que mejora la densidad y el acabado superficial pero compromete el flujo y la recuperación.

¿Qué causa la porosidad al imprimir Inconel 718?

Una fusión insuficiente, la falta de fusión entre capas y el gas atrapado provocan la formación de huecos. Optimizar la entrada de energía, los patrones de exploración, el grosor de las capas y el flujo de gas reduce la porosidad.

¿Qué tratamiento posterior mejora la vida a fatiga del Inconel 718 impreso?

El granallado induce tensiones de compresión beneficiosas que inhiben la iniciación y el crecimiento de grietas. El HIP y el mecanizado también ayudan cerrando los poros de la superficie.

¿En qué se diferencia el Inconel 718 impreso del 718 moldeado y forjado?

La AM se aproxima a las propiedades mecánicas del material fundido y forjado, pero con una microestructura más fina y segregada. El tratamiento térmico puede conseguir un refuerzo por precipitación comparable al del producto forjado.

¿Cuáles son las alternativas al Inconel 718 para la impresión 3D?

El cromo-cobalto, las superaleaciones de níquel como 625 y 686 y los aceros inoxidables endurecidos por precipitación ofrecen propiedades similares a altas temperaturas. Las aleaciones de titanio sobresalen cuando la densidad es crítica.

¿Se puede imprimir en 3D una pieza bimetálica de Inconel 718 y acero inoxidable?

Sí, la deposición de energía dirigida es capaz de pasar de una aleación a otra mediante un cambio preciso de polvo o alambre para construir componentes multimaterial.

Conclusión

En resumen, la impresión 3D de Inconel 718 da rienda suelta a una excepcional libertad de diseño y mejoras de rendimiento utilizando esta superaleación de alta resistencia. Para aprovechar las ventajas frente a los métodos convencionales, es fundamental adaptar los requisitos de las piezas a las capacidades del proceso y optimizar los parámetros de impresión. Los avances continuos en calidad, propiedades, estructuras multimaterial y coste siguen ampliando la adopción de la AM de Inconel 718 en aplicaciones industriales exigentes.

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