Dimensionamiento de microtoberas de Cold-Spray para deposición de partículas de titanio mediante modelamiento fluido-dinámico

Abstract

El propósito de este trabajo es analizar el efecto de las dimensiones y geometrías de las microtoberas en la eficiencia y el perfil de deposición de partículas de titanio en el proceso de Cold-Spray mediante el estudio fluidodinámico (CFD). Con ello se busca alcanzar la configuración que obtenga una mayor eficiencia de deposición y un perfil de deposición uniforme y de forma controlada, con el fin de ser aplicado como proceso de manufactura aditiva.

Se llevaron a cabo simulaciones computacionales utilizando modelos fluidodinámicos para evaluar 25 configuraciones de microtoberas con diferentes geometrías, dimensiones de garganta y longitudes, bajo condiciones ideales. El análisis de partículas consideró una muestra de titanio con diámetro entre 10 y 50 micrómetros evaluando su comportamiento.

Se determina que el proceso de Cold-Spray para las configuraciones consideradas, en particular para los diámetros de garganta y diámetro de salida seleccionado, debe ser realizado con largos superiores a 50 mm con el fin de lograr depositar, logrando eficiencias entre 20\% y 73\% haciendo uso únicamente de Nitrógeno como gas de trabajo y que estas aumentan conforme aumenta el porcentaje de Helio. Y por ello es necesario balancear los costos asociados al uso de este gas y la eficiencia de deposición.

Este estudio es un avance significativo para reducir los costos operacionales de las microtoberas Cold-Spray además de contribuir al estudio de manufactura aditiva con Titanio, un metal que posee aplicaciones significativas en particular en la medicina para la fabricación de implantes que pueden requerir el detalle que solo la impresión 3D puede ofrecer.