Implementación de la Fabricación Aditiva con Titanio en la Industria Aeroespacial

Abstract

[ES] El sector aeroespacial se encuentra en constante evolución, siempre en la búsqueda de nuevas formas de incrementar la eficiencia, reducir costos y minimizar el impacto ambiental. En este contexto, la fabricación aditiva emerge como una tecnología clave, capaz de revitalizar la industria mediante la producción de geometrías complejas, la reducción de tiempos y costos en la fabricación de series cortas, y la optimización del uso de materiales. En particular, la reducción de peso en los componentes es un factor crítico en el sector aeroespacial. El titanio, debido a sus propiedades específicas y únicas, se ha consolidado como un material preferente en aplicaciones de alta exigencia. No obstante, su elevado costo limita su empleo a componentes donde se requiere un rendimiento superior. La empresa AIDIMME ha promovido el desarrollo de la fabricación aditiva con metales como el titanio, reconociendo sus beneficios y su potencial rentabilidad. Sin embargo, el titanio enfrenta un desafío significativo cuando es sometido a temperaturas superiores a los 480°C denominado α-case. Este fenómeno crea una capa superficial quebradiza que compromete las propiedades mecánicas del titanio y reduce la vida útil de las piezas fabricadas. El presente proyecto, desarrollado en colaboración con AIDIMME, se centra en el estudio de la influencia de diversos parámetros físicos en la formación del α-case durante el proceso de fabricación aditiva, en concreto mediante tecnología de Deposición de Energía Dirigida (DED). El objetivo principal es cuantificar su impacto y establecer correlaciones que permitan predecir las condiciones bajo las cuales el material es más susceptible de desarrollar α-case. Además, se aborda el análisis del comportamiento térmico de las piezas producidas, con el fin de comprender mejor como los parámetros de fabricación intervienen en el enfriamiento.

[EN] The aerospace sector is in constant evolution, continually seeking new ways to increase efficiency, reduce costs, and minimize environmental impact. In this context, additive manufacturing emerges as a key technology capable of revitalizing the industry by enabling the production of complex geometries, reducing time and costs in the manufacturing of short series, and optimizing material usage. In particular, weight reduction in components is a critical factor in the aerospace sector Titanium, due to its specific and unique properties, has become a preferred material for high-demand applications. However, its high cost limits its use to components where superior performance is required. The company AIDIMME has promoted the development of additive manufacturing with metals such as titanium, recognizing its benefits and potential profitability. However, titanium faces a significant challenge when subjected to temperatures above 480°C, known as α-case. This phenomenon creates a brittle surface layer that compromises the mechanical properties of titanium and reduces the lifespan of the fabricated parts. This project, developed in collaboration with AIDIMME, focuses on studying the influence of various physical parameters on the formation of α-case during the additive manufacturing process, specifically through Directed Energy Deposition (DED) technology. The primary objective is to quantify its impact and establish correlations that allow predicting the conditions under which the material is more susceptible to developing α-case. Additionally, the thermal behavior of the produced parts is analyzed to better understand how the manufacturing parameters affect the cooling process.