Determinación de la trayectoria de una tobera de Cold Spray para su uso en la manufactura aditiva de una pared vertical

Abstract

En las últimas décadas ha aumentado considerablemente la utilización de la manufactura aditiva. A diferencia de otros métodos como la manufactura sustractiva y formativa, la manufactura aditiva requiere menos energía en forma de trabajo o calor. Recientemente, ha crecido el interés en utilizar el Cold Spray como método de manufactura aditiva, pero las investigaciones en este campo siguen siendo limitadas y el conocimiento disponible es escaso.

El objetivo de este trabajo es obtener los parámetros de deposición que permitan definir la trayectoria de una tobera de Cold Spray para la manufactura aditiva de una pared vertical. Para lograrlo, se debe desarrollar un método numérico que simule la geometría del material depositado según las posiciones y movimientos de la tobera, estudiar el efecto del ángulo de deposición en la geometría del material simulado, obtener los movimientos de la tobera que generen una superficie homogénea que permita depositar el material mediante capas, y evaluar la evolución de la geometría de la superficie del material simulado al avanzar las capas.

La metodología adoptada comenzó con el desarrollo de un método numérico para digitalizar la deposición de material según la posición y los movimientos de la tobera y el sustrato. Posteriormente, se llevaron a cabo pruebas de deposición con una sola pista para evaluar la geometría del material depositado para el ajuste de parámetros y validación con datos experimentales extraídos de la bibliografía. Luego, se realizaron pruebas adicionales para ajustar los parámetros de la trayectoria de la tobera para depositar material mediante pistas paralelas y capas superpuestas. Finalmente, se evaluó la superficie resultante considerando su rugosidad medida a través de la desviación estándar, además de analizar la reducción de bordes generada en el proceso mediante el ángulo máximo generado en el borde de la pieza.

En los resultados obtenidos se identificaron tres valores para la distancia entre pistas que permitieron generar una superficie lo más horizontal posible. Además, se implementaron estrategias de corrección efectivas que inclinaron la tobera en los bordes, evitando así la reducción de bordes de manera eficaz. Durante la evaluación de la superficie del material depositado al avanzar las capas, se observó una limitación en la altura de la pieza generada debido a la aparición de imperfecciones superficiales que se propagaron con el aumento de capas. Adicionalmente se encontró una dependencia entre el ángulo con el que se inclinó la tobera y el ángulo del borde de la pieza generada.