IMTS 2022: Impresión 3D de carburo de tungsteno con Hyperion

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En la reciente IMTS 2022 en Chicago, tuve la oportunidad de visitar el stand de Hyperion Materials & Technologies, una empresa global de ciencia de materiales que tiene décadas de experiencia en el desarrollo y fabricación de polvo de carburo de tungsteno, diamante industrial, nitruro de boro cúbico y otros materiales avanzados. . Si bien ha sido una empresa independiente desde julio de 2018, Hyperion, con sede en Ohio, nació de una fusión entre Diamond Innovations (anteriormente GE Superabrasives) y Sandvik Hard Materials, y ahora emplea a más de 1600 personas en todo el mundo y ha adquirido seis marcas extendidas y contando.

Nada en el stand de Hyperion fue impreso en 3D, ya que la empresa no se centra únicamente en la fabricación aditiva (AM). Sin embargo, Matthew Seymour, director global de marketing de Hyperion, me mostró ejemplos de algunas de sus ofertas de materiales, desde piezas grandes para la industria del petróleo y el gas hasta pequeños componentes médicos. De hecho, una de sus empresas fabrica el implante más pequeño aprobado por la FDA, que se utiliza para el tratamiento del glaucoma. Toda la impresión 3D que ofrece Hyperion se basa en carburo de tungsteno cementado, que proporciona una alta resistencia al desgaste y ahora puede lograr características geométricas complejas gracias a la AM.

Hyperion presentó varias ofertas nuevas en IMTS, incluido su galardonado grado AM110 de piezas en bruto de varillas de carburo de tungsteno diseñadas para mecanizar superaleaciones como Inconel. Además, Hyperion mostró una oferta mejorada de nitruro de boro cúbico (CBN) y productos de diamante sintético, así como un nuevo negocio llamado Precision Solutions by Hyperion, que trabaja directamente con los clientes para diseñar y fabricar componentes de precisión terminados hechos de su material duro y Materiales súper duros.

Como me explicó Biju Varghese, vicepresidente senior de Soluciones de Ingeniería e Investigación y Desarrollo, Hyperion se compone de tres grandes grupos, y las Soluciones de Ingeniería transforman “todo, desde el polvo hasta los componentes terminados”, a menudo con tolerancias muy altas. .

"Somos una empresa de ciencia de materiales", me dijo. "Nos centramos en lo que llamamos materiales avanzados, básicamente carburo de tungsteno, un poco de cerámica y luego diamantes sintéticos y nitruro de boro cúbico, por lo que estamos en el extremo superior de los materiales avanzados".

Fotografías de Sarah Saunders para 3DPrint.com

Varghese dijo que el proceso tradicional sin FA de Hyperion comienza con polvo, que se extrae, se procesa y da como resultado carburo de tungsteno. La empresa toma el material y elabora una receta con otros ingredientes que presentan diferentes propiedades metálicas. Luego se consolida presionándolo hasta darle una forma básica. Una vez mecanizadas las características, la pieza se sinteriza y sale sólida con características prensadas. Finalmente, la pieza debe terminarse con técnicas como esmerilado y pulido.

"Entonces, si lo divides en tres categorías amplias, se trata de hacer el polvo adecuado, porque hay diferentes grados de carburo y diferentes aplicaciones para ellos", dijo, explicando que Hyperion ofrece alrededor de 250 variantes diferentes con aplicaciones específicas. "Así que preparar esa receta es un área de gran competencia para nosotros".

La siguiente gran categoría de competencia de la empresa es el proceso de compactación y sinterización de la carrocería para obtener una pieza completamente densa, mientras que la tercera es el acabado, para cumplir con tolerancias y especificaciones muy exigentes.

Varilla de carburo de tungsteno impresa en 3D con canales de refrigerante

Explicó que, en términos de impresión 3D, lo que Hyperion está tratando de hacer es encontrar los mejores componentes de caso de uso para imprimir, en lugar de presionar, porque “el objetivo es el mismo. Lo que queremos formar es un cuerpo con determinadas características”.

"La impresión 3D nos permite fabricar ciertos cuerpos que no se pueden prensar ni sinterizar fácilmente", continuó Varghese.

Esto es lo que escuchamos frecuentemente sobre el aditivo: puede lograr características, geometrías, etc. que los procesos de fabricación tradicionales no son capaces de ofrecer.

Pieza impresa en 3D antes de la sinterización

Obtener el tipo correcto de polvo es crucial para la impresión 3D, y Varghese explicó que no se pueden utilizar simplemente perfiles de sinterización antiguos. Por esa razón, la compañía ha estado revisando lentamente sus 250 recetas de polvos para encontrar las adecuadas para desarrollar para AM, y una vez hecho esto, la atención se desplazará más de los polvos al proceso en sí.

"Hemos estado desarrollando esto durante casi tres años", dijo. “Nuestro objetivo al desarrollar nuestra propia competencia era volver a lo básico y determinar que queríamos desarrollar nuestro propio polvo hecho a medida para la impresión 3D. Para nosotros, el proceso de impresión 3D en sí es bastante estándar, por lo que nos centramos en la parte de sinterización, porque ahí es donde podemos diseñar algunas propiedades especiales”.

Análisis de materiales en el centro de I+D de Hyperion

Las aplicaciones de los materiales duros y superduros de Hyperion, aunque no necesariamente para la impresión 3D, incluyen implantes médicos y petróleo y gas, como se mencionó anteriormente, así como componentes en miniatura para sistemas de guía, herramientas de corte para los sectores automovilístico y aeroespacial, rollos para industria del acero, tubos para fabricar latas de bebidas de aluminio y más. Una aplicación específica de impresión 3D que mencionó Varghese fueron las boquillas de carburo de tungsteno utilizadas para ayudar a fabricar placas de circuito.

"Somos capaces de fabricar boquillas que pueden dispensar un nanolitro a la vez, 1.000 veces por segundo", afirmó. "Por lo tanto, se trata de una aplicación de gran volumen y alta precisión, que consiste en fabricar todos esos componentes de las boquillas".

Boquillas de carburo de tungsteno impresas en 3D

Varghese explicó un poco más sobre los antecedentes de la empresa, que se originó en una empresa de diamantes con sede en Ohio y luego en la empresa sueca Sandvik. En 2013, se formó Sandvik Hyperion para centrarse en materiales avanzados y, en 2018, Hyperion se lanzó por su cuenta, lo que, según él, fue "un movimiento fantástico". Sandvik es una corporación muy grande, centrada en la minería y el corte (incluida la impresión 3D), mientras que los empleados de Hyperion eran solo una pequeña parte del lado de los materiales.

"Ahora, como empresa independiente, estamos centrados en crecer realmente en el espacio de los materiales", afirmó.

Hyperion ahora tiene plantas en todo el mundo, desde México, Francia y Alemania hasta Taiwán, Barcelona e Italia. Para reforzar su conjunto de competencias, también ha adquirido varias otras empresas durante el último año y medio.

“Lo estamos abordando de manera muy sistemática y preguntándonos qué conjunto de capacidades necesitamos agregar a nuestra cartera. No estamos simplemente comprando empresas al azar. Somos muy específicos acerca de cómo se adapta a nuestra estrategia y dónde vemos oportunidades de crecimiento”.

He escuchado mucho debate sobre si importa o no que el polvo AM sea perfectamente esférico. Obviamente, desea que su polvo sea de alta calidad para poder producir piezas de alta calidad, pero ¿se desperdicia polvo que no es tan perfecto cuando podría reciclarse? Le pregunté a Varghese su opinión y dijo que los polvos esféricos sí importan.

“Es la geometría y el tamaño. Primero, tiene que fluir a través de la boquilla. Para cualquier aplicación en la que desee que las cosas fluyan a través de un orificio, el tamaño y la forma importan. Entonces, para mí, en general, la ingeniería de la pólvora es muy importante”, respondió. "La otra cosa es que importa la densidad de cada gránulo".

Me recordó la parte anterior de nuestra conversación, cuando me explicó que el proceso tradicional de Hyperion para fabricar carburo de tungsteno implicaba poner el polvo en una cavidad y presionarlo. Estos gránulos ya son huecos, por lo que una vez que se trituran durante el prensado, es mucho más fácil empaquetarlos.

Por el contrario, con los procesos de fabricación aditiva de metales, quedan huecos y algunos de ellos se pueden llenar mediante sinterización, pero dijo que "no hay suficiente metal para llenar todos estos vacíos". Se pueden usar partículas más pequeñas para llenar algunos, pero no todos, los espacios restantes, por lo que es crucial determinar cómo usar el tamaño y la densidad de esas partículas pequeñas para llenar los espacios.

“Es un equilibrio complicado entre tener una partícula que fluye lo suficientemente densa como para sinterizarse y obtener un cuerpo 100% denso. De lo contrario tienes poros”.

Componente de control de flujo de carburo de tungsteno impreso en 3D

Varghese señaló que Hyperion está investigando múltiples tecnologías de fabricación aditiva para procesar su carburo de tungsteno, incluida la inyección de aglutinante. Dijo que la empresa probablemente terminará utilizando más de un proceso, ya que cada uno tiene sus pros y sus contras.

Imágenes proporcionadas por Hyperion a menos que se indique lo contrario.

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