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Investigación Publicada en el International Journal of Refractory Metals and Hard Materials Demuestra que es Posible Imprimir en 3D Carbonato de Tungsteno-Cobalto Utilizando Láser con Hilo Caliente y Capa Intermedia de Aleación de Níquel, Preservando Dureza Superior a 1400 HV y Reduciendo Desperdicio de Materias Primas Caras
Investigadores investigaron cómo imprimir en 3D carbonato de tungsteno-cobalto (WC-Co), material ampliamente utilizado en herramientas industriales. El estudio analizó una técnica basada en láser y hilo caliente para reducir desperdicio de materias primas caras sin comprometer la dureza.
El carbonato de tungsteno-cobalto es conocido por su dureza extrema y resistencia al desgaste. Estas propiedades lo convierten en esencial en aplicaciones industriales como herramientas de corte y componentes usados en la construcción. Al mismo tiempo, esta misma resistencia dificulta procesos de fabricación convencionales y eleva el consumo de materias primas.
Tradicionalmente, la producción de estos carbonatos cementados ocurre por medio de la metalurgia del polvo. En este proceso, partículas de WC y Co son comprimidas bajo alta presión y luego calentadas en equipos de sinterización, formando estructuras sólidas de carbonato cementado.
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Aunque esta técnica produce materiales altamente duraderos, utiliza cantidades significativas de tungsteno y cobalto. Como estas materias primas son caras, los investigadores han buscado formas de reducir desperdicios y mejorar la eficiencia de la fabricación.
En este contexto, la posibilidad de imprimir en 3D carbonato cementado surge como alternativa para producir componentes solo en las áreas necesarias.
El enfoque fue investigado en un estudio publicado en el International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, con previsión de publicación impresa en abril de 2026.
Cómo Funciona el Intento de Imprimir en 3D Carbonato Cementado
El estudio evaluó una técnica de manufactura aditiva que combina irradiación láser con un hilo metálico calentado. Este método, llamado soldadura láser con hilo caliente, aumenta la tasa de deposición de material y mejora la eficiencia del proceso.
Al imprimir en 3D utilizando este enfoque, el hilo calentado es alimentado junto al haz de láser. Esto permite depositar metal de forma controlada mientras el material se ablanda durante la fabricación, sin necesidad de fusión completa.
Los investigadores probaron dos estrategias distintas durante los experimentos. Ambas buscaban formar estructuras de carbonato cementado manteniendo propiedades similares a las obtenidas por métodos industriales tradicionales.
En la primera estrategia, una barra de carbonato cementado orienta la dirección del proceso mientras el láser incide directamente sobre la parte superior de esa barra. En la segunda, el láser dirige la energía entre la base de la barra de carbonato cementado y un material base de hierro.
Resultados de Dureza y Resistencia del Material Producido
Las pruebas mostraron que la estrategia de imprimir en 3D carbonato cementado puede preservar propiedades mecánicas importantes. El material fabricado presentó niveles de dureza superiores a 1400 HV, valor usado para medir resistencia a la penetración.
Materiales con esta dureza están entre los más resistentes utilizados en aplicaciones industriales. Se sitúan justo por debajo de materiales superduros, como zafiro y diamante, en términos de resistencia.
Otro resultado relevante fue la posibilidad de producir moldes de carbonato cementado sin defectos estructurales. Este objetivo representaba uno de los principales focos de la investigación conducida por los científicos involucrados.
A pesar de esto, los resultados variaron según el método de fabricación utilizado. Cada enfoque presentó desafíos específicos relacionados con la integridad del material y el mantenimiento de la dureza necesaria.
Problemas Identificados Durante los Experimentos
En el método en el que la barra de carbonato cementado guiaba el proceso, los investigadores observaron descomposición del WC cerca de la parte superior de la estructura formada. Este fenómeno generó defectos en el material final producido.
Ya en el método en el que el láser orientaba directamente la fabricación, surgieron dificultades para mantener niveles de dureza considerados adecuados para aplicaciones industriales. Estos resultados indicaron que se necesitarían ajustes adicionales.
Para superar estas limitaciones, los investigadores introdujeron una capa intermedia basada en aleación de níquel. Esta capa ayudó a estabilizar la estructura durante el proceso de fabricación.
Además, fue necesario controlar cuidadosamente las condiciones de temperatura. El proceso se mantuvo por encima del punto de fusión del cobalto, pero por debajo de la temperatura que provoca el crecimiento excesivo de granos en el material.
Con estos cambios, se volvió posible imprimir en 3D carbonato cementado preservando la dureza y reduciendo defectos estructurales. El resultado demostró que la manufactura aditiva puede ser utilizada para producir este tipo de material extremadamente duro.
Posibles Aplicaciones y Próximos Pasos de la Investigación
Los resultados se consideran un punto de partida para nuevas investigaciones. Los investigadores pretenden trabajar en la reducción de fisuras durante el proceso y en la producción de geometrías más complejas.
El estudio también indicó que moldear metales por medio del ablandamiento del material, en lugar de fusión completa, puede representar un enfoque innovador para la fabricación de componentes industriales.
Además de continuar explorando maneras de imprimir en 3D carbonatos cementados, los investigadores planean investigar la aplicación de la técnica en otros materiales metálicos. Otra línea de trabajo será fabricar herramientas de corte utilizando el método.
La investigación fue conducida por Keita Marumoto y Motomichi Yamamoto, de la Escuela de Posgrado en Ciencia e Ingeniería Avanzadas de la Universidad de Hiroshima. También participaron Takashi Abe, Keigo Nagamori, Hiroshi Ichikawa y Akio Nishiyama, de la Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation.
Los científicos pretenden profundizar estudios para mejorar la durabilidad de las piezas fabricadas con esta técnica. El avance podrá contribuir a métodos de producción que utilicen menos materias primas caras y permitan fabricar componentes industriales solo en las regiones necesarias.
Este artículo fue elaborado con base en información del estudio publicado en el International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, conducido por investigadores de la Universidad de Hiroshima y de la Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation.
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