Diseño y evaluación de un sistema de alimentación de polvos para Cold Spray

Abstract

El presente informe da a conocer el trabajo de diseño conceptual, detalle de integridad estructural y desempeño de un equipo de alimentación de polvos metálicos. El alimentador será utilizado en conjunto con otro equipo existente, permitiendo el desarrollo de un proceso de manufactura aditiva, llamado Cold Spray. Cold Spray es un proceso de deposición de material en estado sólido. Uno de sus principales atractivos de este proceso es que permite realizar recubrimientos en materiales con distintas aleaciones sin necesidad de fundir los materiales involucrados. En los últimos años este proceso de recubrimiento se ha ido desarrollando con el fin de transformarse en un proceso de manufactura aditiva. Para lograr un recubrimiento de material uniforme y libre de imperfecciones, como porosidad o acumulación de material, es necesario un flujo másico continuo y controlado. El flujo másico de material debe ser suministrado por un equipo de alimentación, que, por medio de una correcta configuración en su diseño y operación, suministrara la cantidad adecuada de material para cada tipo de proceso. Dadas las condiciones de presión y velocidad en un proceso de Cold Spray, se debe procurar contar con un alimentador de polvo que soporte las condiciones de trabajo y desempeñe de manera adecuada. En base a lo anterior, se establece el desafió de desarrollar un equipo de alimentación de polvos para ser utilizado en este proceso de manufactura, específicamente para un equipo existente de Cold Spray, que presenta problemas en el mecanismo de alimentación. Para lograr el objetivo de este trabajo, se definen los parámetros de operación, dirigidos al análisis de materiales y diseño, entre los cuales figura la presión máxima de funcionamiento, flujo másico de polvo, volumen de almacenamiento y granulometría. La metodología de trabajo consistió en una serie de memorias de cálculo para cada subsistema, seguidas del diseño y evaluación numérica de estos, para luego realizar la selección de materiales, componentes con sus respectivos procesos de manufactura y finalmente generar planos de construcción y ensamblaje para el equipo. El alimentador diseñado poseerá un volumen de almacenamiento variable, de entre 1 y 3 [l] de capacidad. Los polvos utilizados podrán ser de hasta 60 [μm] de diámetro promedio, y de múltiples materiales metálicos. El equipo sera capas de variar el flujo másico de descarga, por diseño este fluctuara entre 5 y 50 [g/min]. Considerando las diferentes velocidades que deben poseer las partículas para lograr un proceso de recubrimiento efectivo, el equipo de Cold Spray debe operar a altas presiones, es por esta razón que el alimentador operara hasta presiones de 500 [psi] (3.45 [MPa]).