Campo técnico de la invención

La presente invención está dirigida a un método de fabricación de un componente metálico y a un componente metálico por medio de dicho método, y más específicamente a un método de fabricación de un componente que comprende dos piezas metálicas, en la que al menos una pieza se ha obtenido por un proceso de fabricación aditiva y en donde el método comprende además la aplicación de un proceso de prensado isostático en caliente.

Antecedentes de la invención

Actualmente, la industria demanda una cantidad cada vez mayor de componentes y piezas mecanizadas con aleaciones de alta resistencia para todo tipo de aplicaciones, tales como la industria naval, la petrolera, o la química, por citar sólo algunos ejemplos. En estas aplicaciones, no sólo es necesario que los componentes sean resistentes a condiciones extremas de tensión y temperatura, sino que también deben cumplir unos exigentes requisitos de precisión y estabilidad dimensional.

Los componentes de alta resistencia que se suministran actualmente a la industria se obtienen por medio de procesos convencionales de forja, fundición, estampación o laminado que, a pesar de ser a día de hoy muy conocidos, no siempre proporcionan simultáneamente las tolerancias dimensionales o la resistencia mecánica deseada.

Se conocen alternativas a los anteriores procesos de producción, como por ejemplo la pulvimetalurgia. La pulvimetalurgia es una técnica de fabricación aditiva muy versátil que permite obtener piezas individuales, aunque la integración de dichas piezas con otros componentes puede resultar compleja, lo que limita seriamente su uso en aplicaciones en las que se requiera unir una pieza obtenida por medio de un proceso de fabricación aditivo con otra pieza metálica.

Descripción de la invención

La presente invención propone una solución a los anteriores problemas mediante método de fabricación de un componente metálico y un componente metálico según se define en las reivindicaciones independientes.

En un primer aspecto inventivo, la invención proporciona un método de fabricación de un componente metálico, caracterizado por que comprende las siguientes etapas: proveer de una primera pieza metálica obtenida por medio de un proceso de fabricación aditiva, proveer de una segunda pieza metálica, unir la primera pieza y la segunda pieza para formar el componente, aplicar un proceso de prensado isostático en caliente al componente.

La presente invención permite producir un componente formado por al menos dos piezas metálicas, en donde al menos una de ellas ha sido obtenida por medio de un proceso de fabricación aditiva. Tras proveer al menos una primera pieza y una segunda pieza, las piezas se unen por medios convencionales, tales como ensamblado y/o soldadura, y posteriormente el conjunto obtenido de unir al menos la primera y la segunda pieza se somete a un proceso de prensado isostático en caliente. El método se puede aplicar ventajosamente a componentes formados por una pluralidad de piezas metálicas, sin limitación en cuanto al número o configuración de dichas piezas. Además de la primera pieza, otra u otras piezas pueden ser producidas también por medio procesos de fabricación aditiva.

En el presente documento se deberá entender que componente es un elemento obtenido por la unión de al menos dos piezas metálicas; preferiblemente, las piezas se unen por medio de un proceso de ensamblado o montaje, con o sin la participación de otros elementos, tales como pernos, pasadores, etc.

Por proceso de fabricación aditiva se deberá entender cualquier proceso de fabricación en el que la pieza se produce añadiendo material, en contraste con métodos de fabricación en los que una pieza se obtiene eliminando material, por ejemplo, fresando o mecanizando de otra forma una porción de metal bruto; además, se entenderá que proceso de fabricación aditiva no incluye procesos de moldeo, es decir, conformación de piezas por medio del vertido de metal fundido en un molde. Ejemplos de procesos de fabricación aditiva son la pulvimetalurgia y la impresión en tres dimensiones, o impresión 3D. En el presente documento se debe entender que el prensado isostático en caliente (en inglés, Hot Isostatic Pressing, HIP) comprende la aplicación simultánea de altas temperaturas y presiones elevadas por medio de un gas, preferiblemente un gas inerte, a una cámara en cuyo interior se ha introducido el objeto que se desea tratar, en el presente caso, el componente.

Ventajosamente, el proceso objeto de la presente invención permite obtener un componente metálico formado por al menos una pieza obtenida por medio de un proceso de fabricación aditiva con una elevada resistencia mecánica y capaz de soportar altas temperaturas.

En una realización particular, la etapa de proveer de una primera pieza metálica comprende producir la primera pieza por medio de un proceso de pulvimetalurgia. Ventajosamente, el proceso de fabricación por pulvimetalurgia proporciona una gran flexibilidad en cuanto a la morfología de la pieza; además, el material empleado puede tener un punto de fusión muy elevado, sin limitar la forma o las dimensiones de la pieza obtenida.

En una realización particular, la etapa de proveer de una primera pieza metálica comprende producir la primera pieza por medio de un proceso de sinterizado. Ventajosamente, la sinterización de al menos la primera pieza permite homogeneizar e incrementar la resistencia de las piezas.

En una realización particular, la etapa de proveer de una primera pieza metálica comprende producir la primera pieza por medio de un proceso de impresión 3D. Los procesos de impresión tridimensionales permiten ventajosamente una flexibilidad aún mayor en la configuración y morfología de la al menos la primera pieza.

En una realización particular, la etapa de proveer de una segunda pieza metálica comprende producir la segunda pieza por medio de un proceso de forja. La segunda pieza puede fabricarse por cualquier método convencional; en este sentido, uno de los métodos de fabricación convencionales más desarrollados y que ventajosamente permite obtener piezas de gran resistencia es el proceso de forja.

En una realización particular, la etapa de proveer de una segunda pieza metálica comprende producir la segunda pieza por medio de un proceso de fabricación aditiva. Además de la primera pieza, la segunda pieza se puede producir también por medio de un proceso de fabricación aditiva; de esta forma, se logra ventajosamente una gran flexibilidad en la forma de la segunda pieza.

En una realización particular, la etapa de proveer de una segunda pieza metálica comprende producir la segunda pieza por medio de un proceso de fundición. El proceso de fundición permite ventajosamente obtener piezas de formas muy vanadas con unas tolerancias dimensionales muy ajustadas.

En una realización particular, la etapa de proveer de una segunda pieza metálica comprende producir la segunda pieza por medio de un proceso de laminado. El proceso de laminado permite obtener piezas de gran resistencia de manera eficiente y económica.

En una realización particular, la etapa de unir la primera pieza y la segunda pieza comprende soldar al menos una porción de la primera pieza y al menos una porción de la segunda pieza. Ventajosamente, la soldadura permite de mantener unidas las piezas del componente durante el proceso de fabricación. Además, preferiblemente, la interfase entre las al menos dos piezas metálicas se sella para evitar la entrada de gases; en una realización, el método comprende la etapa de sellar al menos la interfase entre la primera pieza metálica y la segunda pieza metálica por medio de la aplicación de un cordón de soldadura.

En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un componente metálico obtenido por medio del método según las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que comprende: una primera pieza obtenida por medio de un proceso de fabricación aditiva, y una segunda pieza.

En una realización particular, la primera pieza, es de una aleación metálica. Las aleaciones metálicas están especialmente indicadas para los procesos de fabricación aditiva, y en especial para los procesos de pulvimetalurgia.

En una realización particular, la primera pieza es de aleación resistente a la corrosión. Ventajosamente, las aleaciones resistentes a la corrosión se pueden emplear las piezas resultantes en un gran número de aplicaciones críticas sometidas a temperaturas de trabajo y tensiones elevadas sin perjudicar su resistencia. En una realización particular, la primera pieza es de aleación Inconel 625. Las aleaciones con base níquel, en particular las aleaciones Inconel 625, ofrecen una gran resistencia a temperaturas extremas, y se emplean ventajosamente en un gran número de aplicaciones sometidas a ambientes agresivos.

En una realización particular, la segunda pieza es de acero de grado LF2. El acero, en particular el acero de grado LF2, tiene una gran disponibilidad y ofrece unas propiedades de resistencia mecánica tales que lo hacen idóneo para un gran número de aplicaciones.

Estas y otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción de las realizaciones preferidas, pero no exclusivas, que se ¡lustran a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

Figuras 1a, 1 b Estas figuras muestran dos vistas del conjunto antes y después de ser unidas.

Figuras 2a, 2b Estas figuras muestran dos diagramas de flujo, correspondientes a dos realizaciones del método de fabricación.

Descripción detallada de un ejemplo de realización

En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos en forma de ejemplos para proporcionar un entendimiento minucioso de las enseñanzas relevantes. Sin embargo, resultará evidente para los expertos en la materia que las presentes enseñanzas pueden llevarse a la práctica sin tales detalles.

Las Figuras 1a y 1 b muestran una posible realización del componente (1), que en la realización mostrada comprende únicamente dos piezas: una primera pieza (2) cilindrica y una segunda pieza (3) también cilindrica y de mayor diámetro, con un taladro o agujero ciego en una de sus bases, de forma que la primera pieza (2) está configurada para introducirse parcialmente en el taladro de segunda pieza (3). La forma, dimensiones, material y configuración particulares de las piezas (2, 3) dependen en última instancia del uso particular del componente (1), y no se limitan al ejemplo representado. En otra realización, no representada, el componente (1) es un elemento de conexión entre dos conductos que comprende dos piezas cilindricas huecas con diámetros distintos.

La Figura 1a muestra las dos piezas (2, 3) separadas, listas para someterse a las etapas de unión (300) y de aplicación del prensado isostático en caliente (400). La Figura 1b muestra el componente (1) después de las mencionadas etapas de unión (300) y de prensado isostático en caliente (400), lo que da como resultado el componente (1) finalizado.

Tanto la primera pieza (2) como la segunda pieza (3) pueden ser de metales o aleaciones convencionales de vahos tipos y en vahas combinaciones, aunque de forma preferible, la primera pieza (2) está fabricada en una aleación resistente a la corrosión, tal como acero de alta aleación, acero inoxidable, acero austenítico-ferrítico, o acero dúplex, o una aleación de base níquel.

La primera pieza (2) se conforma siempre por medio de un proceso de fabricación aditiva, como por ejemplo o impresión 3D (103), en función de los requisitos de producción del componente (1); adicionalmente, la primera pieza (2) se puede someter a un proceso de sintehzado (102) para mejorar las características de la pieza (2).

En cambio, la segunda pieza (3) se puede conformar por medio de cualquier proceso que resulte adecuado para cumplir con las especificaciones del componente (1), incluyendo procesos de fabricación aditiva (201), como pulvimetalurgia, u otros procesos con o sin pérdida de material, o procesos de deformación en frío o en caliente, como forja (201), fundición (203) o laminado (204).

En esta realización, ambas piezas (2, 3) están hechas de aleaciones metálicas: la segunda pieza (3) está compuesta de acero al carbono de baja aleación, grado LF2, y ha sido conformada por medio de un proceso de forja (201); a su vez, la primera pieza (2) está compuesta de aleación de base níquel Inconel 625, y conformada por un proceso de fabricación aditivo, en este caso, por medio de un proceso de pulvimetalurgia (101) y posterior sintehzado (102).

Una vez se han completado las dos primeras etapas del método de fabricación, es decir, se ha provisto (100) de la primera pieza (2) y se ha provisto (200) de la segunda pieza (3), se procede a la etapa de unir (300) las piezas (2, 3) para formar el componente (1). El proceso específico de unión depende de la configuración específica de las piezas (2, 3). En algunas realizaciones la etapa de unir (300) requiere de la participación de piezas o elementos adicionales, tales como pasadores, mientras que en otras realizaciones la unión se puede realizar por medio de un proceso de ensamblado simple.

En la realización descrita, la etapa de unir (300) comprende la introducción de la primera pieza (2) en el taladro de la segunda pieza (3), y soldar (301) una parte de la primera pieza (2) a la segunda pieza (3). En particular, la soldadura se lleva a cabo a lo largo de todo el perímetro de la interfase de unión que queda expuesto o abierto al exterior, que en la realización de la Figura 1 b corresponde a la circunferencia formada por el borde del taladro ciego de la segunda pieza (3). En efecto, el cordón de soldadura sella la interfase entre las piezas (2, 3) e impide tanto la entrada como la salida de gases en los posibles huecos formados en dicha interfase.

A continuación, se precede a la siguiente etapa del método de fabricación, la aplicación un proceso de prensado isostático en caliente (400) al componente (1). El prensado isostático en caliente (en inglés, Hot Isostatic Pressing, HIP) comprende la aplicación simultánea de altas temperaturas y presiones elevadas por medio de un gas, preferiblemente un gas inerte, a una cámara en cuyo interior se ha introducido el objeto que se desea tratar, en el presente caso, el componente (1). La acción combinada de presión y temperatura elevadas resulta en la unión por difusión de las superficies en contacto, es decir la interfase entre las piezas (2, 3). Para llevar a cabo esta etapa, el componente (1) se introduce en una cámara HIP de unas dimensiones y características compatibles con la configuración del componente (1) y se aplica el tratamiento durante el tiempo prescrito.

En la Figura 2b, las posibles vahantes de realización se muestran como alternativas de la etapa de proveer (100) de la primera pieza (2) o de proveer (200) de la segunda pieza (3).

Una vez finalizada la etapa de aplicación de HIP (400) es posible la aplicación de tratamientos posteriores opcionales, por ejemplo, para mejorar el acabado superficial o realizar operaciones de ensamblado con otros elementos.