Evaluación de parámetros de obtención de piezas en acero inoxidable 17-4PH fabricados mediante Filamento Fundido

Abstract

La manufactura aditiva ha revolucionado la industria de manufactura en los últimos años, gracias a su capacidad de generar piezas con alta complejidad geométrica, reduciendo a su vez el material necesario, en comparación con la manufactura sustractiva. De distintas técnicas que se han desarrollado de manufactura aditiva, la fabricación por fundición de filamento presenta características llamativas para su investigación y aplicación; gracias a que, el proceso brinda una gran libertad geométrica para las piezas fabricadas, así como una alta gama de materiales aptos para este proceso, sin mencionar el bajo requerimiento tanto económico, por el uso de equipos más económicos que otras técnicas, así como de materiales y energía. Sin embargo, el proceso presenta una limitante que no se puede ignorar, a diferencia de otras técnicas de manufactura aditiva, la fabricación por fundición de filamento requiere definir un alto número de parámetros, desde el diseño del material compuesto hasta los parámetros de sinterizado, los cuales influencian las propiedades finales de las piezas. Por lo anterior, este proyecto busca definir un grupo de parámetros que permitan generar probetas metálicas de acero 17-4PH a partir de la fundición de un filamento de carga de polvos del 52% en volumen, además de evaluar como diferentes temperaturas y atmósferas de sinterizado llegan a influenciar las propiedades finales de las piezas como lo son su densidad relativa, microdureza y las microestructuras que se generen en el metal. El trabajo realizado presenta seis capítulos, en los primeros tres se explora la parametrización del proceso, desde la composición de la mezcla hasta las variables que se trabajarán; seguido del desarrollo de una prueba piloto, la cual logró identificar el comportamiento del compuesto y los efectos de una de las atmósferas, para culminar en el desarrollo experimental y caracterización de los efectos de los distintos parámetros explorados en la densidad microdureza y microestructura de las piezas (Texto tomado de la fuente).

Additive manufacturing (AM) has revolutionized the manufacturing industry in recent years, thanks to its ability to produce parts with high geometric complexity while reducing the amount of material required, compared to subtractive manufacturing. Among the various additive manufacturing techniques that have been developed, Fused Filament Fabrication (FFF) presents attractive characteristics for both research and application. This is due to the process offering great geometric freedom for the fabricated parts, as well as a wide range of suitable materials, not to mention the low economic requirements, stemming from the use of more affordable equipment compared to other techniques and reduced material and energy consumption. However, the process also presents a significant limitation that cannot be overlooked. Unlike other additive manufacturing techniques, FFF requires the definition of many parameters, ranging from the design of the composite material to the sintering parameters, all of which influence the final properties of the produced parts. Given this context, the present project aims to define a set of parameters that allow the fabrication of 17-4PH stainless steel specimens using a filament loaded with 52% metallic powder by volume. Additionally, the study seeks to evaluate how different sintering temperatures and atmospheres influence the final properties of the parts, including their relative density, microhardness, and the resulting microstructures within the metal. The work presented is structured into six chapters. The first three cover the parameterization of the process, from the composition of the feedstock to the definition of the experimental variables. This is followed by the development of a pilot test, which enabled the identification of the composite’s behavior and the effects of one of the sintering atmospheres. The study concludes with the experimental development and characterization of the influence of the explored parameters on the density, microhardness, and microstructure of the fabricated parts.