¿Qué es el Cold Spray?
La Tecnología Aditiva denominada como “Cold Spray” y/o también conocida como “Proyección fría dinámica”, surge como evolución de los sistemas de recarga mediante proyección basados en la fusión del material de aporte. A continuación se describen sus principios de funcionamiento, así como las ventajas y limitaciones, con el fin de plantear un escenario que permita al lector valorar su posible aplicación en sus propios procesos productivos.
Tal y como se ha indicado anteriormente, se trata de un proceso de deposición por proyección “principalmente” metalúrgico, que aprovecha el principio de uso de la energía cinética como medio para la creación de un fenómeno mediante el cual es capaz de depositar volúmenes densos del material que se proyecta. Este fenómeno involucra diferentes conceptos de transmisión de energía, así como de deformación de materiales, que resultan en una solución de crecimiento totalmente diferente a cualquiera existente y cuyas características se pueden observar mediante técnicas de microscopia óptica.
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Los procesos que tienen lugar para dar lugar a este fenómeno y por el cual se considera que este sistema de deposición es una tecnología de las denominadas “de adición”, así como los resultados que de la proyección del mismo se pueden esperar, serán objeto de otra futura entrada en este blog.
Continuando con la descripción de la tecnología y desde el punto de vista del proceso, todo ello se consigue a través de la aceleración de las partículas del material en polvo que se desee depositar.
¿Cuáles son las partes de un sistema Cold Spray?
En este sentido se podría describir el sistema según sus partes, divididas en:
- Sistema de aceleración del material de aporte: Constituye el principio general de operación del proceso y se basa en la aceleración de un flujo de gas capaz de hacer viajar a las partículas en su seno a una velocidad suficiente para producir el proceso descrito anteriormente.
El gas se calienta y se hace pasar por una boquilla con una geometría “de Laval” acelerando el fluido compresible a velocidades supersónicas mediante la transformación de dicha energía térmica en energía cinética en la dirección axial del mismo.
Este sistema emplea habitualmente Nitrógeno, pudiendo usarse aire y/o helio en condiciones en el que el material de aporte lo requiera. Esta variación del gas portante es debida a la necesidad de aumentar drásticamente la velocidad de disparo, en función de la densidad de las partículas del material de aporte.
- Sistema de dosificación del material de aporte: Compuesto por unos elementos denominados “feeders” que realizan al mismo tiempo la función de dosificar/medir la cantidad de material de aporte y de transportarlo a la localización exacta donde será inyectado. De estos elementos dependerá la capacidad de aporte del sistema, pudiendo llegar a conseguirse hasta 10 kg/hora con algunos materiales.
¿A qué velocidad se dispara el material?
Una vez inyectado el polvo en el flujo de gas acelerado, las partículas son disparadas a la velocidad necesaria para realizar el proceso de adición.
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Si la velocidad fuese menor de lo necesario el proceso no se realizaría, y si llegase a superar un límite establecido (definido en función del material sustrato donde se esté depositando), en lugar de realizarse la adición el material sustrato se verá sometido a erosión, resultando el proceso fallido.
Por tanto, el rendimiento depende de la capacidad que tengamos de hacer que esa velocidad sea lo más uniforme posible a lo largo y ancho de la sección del flujo.
Un proceso “de estado sólido”
La tecnología aditiva mediante “Cold Spry” se describe como un proceso de “estado sólido”; esto quiere decir que no existe fusión en el material utilizado, y por lo tanto no se hallarán defectos asociada a las transformaciones térmicas relativas a la operación. De la misma manera, tampoco existen zonas de afectación térmicas en el sustrato, por lo que las distorsiones geométricas derivadas son inexistentes.
¿Qué materiales pueden usarse con esta tecnología?
Prácticamente cualquier material es susceptible de ser proyectado, por lo que el desarrollo de materiales para cada aplicación es parte del proceso. Entre otros:
- Titanio y sus aleaciones (Ti-Al6-4V, CP…)
- Aceros y sus aleaciones (CrMo, S275, 174PH…)
- Acero inoxidable (316L, 304…)
- Cobre
- Invar 36
- Nickel
- Magnesio
¿Qué aplicaciones tiene la tecnología Cold Spray?
Debido a la naturaleza del proceso, la ausencia de problemas térmicos y la posibilidad de emplear casi cualquier material metálico permiten generar soluciones novedosas dentro de multitud de procesos industriales:
- Recubrimientos de funcionalización sobre sustratos de diferente naturaleza (Aleaciones anti-desgaste, aleaciones de mayor dureza, aleaciones anticorrosión sobre sustratos existentes o creados de materiales diferentes.)
- Reparación de piezas de materiales complicados o no soldables (aleaciones de magnesio, partes de materiales de alto precio, Al 7XXX)
- Creación de preformas con conductos internos.
- Reparación o refuerzo de piezas de bajo espesor
Así como nuevas oportunidades para el diseño de componentes:
- Soluciones de materiales compuestos de matriz metálica.
- Creación de preformas de materiales disimilares.
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