Durante más de 30 años, el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT ha estado moldeando la fabricación aditiva metálica con innovaciones en sistemas y procesos pioneros. En la Formnext del 18 al 21.11.2025, el Instituto Láser presentará en el pabellón 11, stand D31, su completo portafolio orientado a las principales barreras de la industria, que reduce costos, ahorra retrabajo y hace que los componentes sean más robustos: desde componentes de tungsteno de alta resistencia y enfoques de materiales múltiples para componentes sometidos a cargas extremas en aplicaciones de fusión, hasta procesos de recubrimiento y mecanizado simultáneos de alta productividad que ahorran tiempo y energía, así como estructuras inteligentes como sensores impresos que permiten que los componentes metálicos sean inteligentes.
«Sea un demostrador o una serie, el objetivo de los desarrollos en el Fraunhofer ILT es, por lo general, diseñar procesos más rápidos y robustos y asegurar la calidad de las piezas», explica el Dr. Tim Lantzsch, jefe del departamento de Fusión por lecho de polvo láser (LPBF) en el Fraunhofer ILT.
Los expositores en la Formnext 2025 destacan el enfoque a lo largo de toda la cadena de procesos: una carcasa distribuidora de Al-Sc para pilas de combustible, un soporte óptico fabricado por LPBF para satélites, un sistema de prueba LCoS de 2 kW para perfiles de haz libremente formables, así como estructuras LPBF con porosidad ajustable.
En el Sinterizado Selectivo por Láser (SLS), el enfoque está en el desarrollo de procesos para nuevos materiales. Las flexibles instalaciones de laboratorio en el Fraunhofer ILT ya pueden procesar cantidades mínimas de polvo, por ejemplo, poliuretanos termoplásticos (TPU) muy suaves y polímeros con memoria de forma. El objetivo es controlar específicamente las propiedades y determinar parámetros robustos para nuevas aplicaciones y para la producción en serie.
»Pensamos en la fabricación aditiva desde la función de la pieza, conectamos material, proceso y datos, reducimos costos por pieza y aumentamos la calidad y disponibilidad. Nos consideramos solucionadores de problemas y desarrolladores de procesos desde la idea hasta la fabricación estable con el socio industrial«, continúa Lantzsch.
Componentes de tungsteno para la energía de fusión
Los componentes expuestos a plasma en reactores de fusión, como el refuerzo de la pared del reactor, deben soportar cargas térmicas cíclicas de hasta aproximadamente 20 MW/m² y radiación intensa. Para estas condiciones extremas, prácticamente solo se adapta el tungsteno puro. Sin embargo, hasta ahora, el material impone geometrías simples y uniones complicadas. La diferente expansión térmica provoca fallos en las uniones soldadas bajo ciclos térmicos, lo que afecta la vida útil y la disponibilidad de las instalaciones.
El proyecto DURABLE se centra precisamente en esto: los procesos aditivos permiten componentes monolíticos o de múltiples materiales hechos de tungsteno y aleación de cobre con un camino térmico continuo en lugar de una zona de unión crítica. La gestión del proceso es crucial: nueva tecnología de sistemas y ventanas de parámetros conducen a estructuras de tungsteno casi sin fisuras y de alta densidad en PBF-LB/M. De este modo, se hace posible una geometría compleja con refrigeración conformada.
«El beneficio radica en una mayor duración de los componentes, menos retrabajo y un menor riesgo en los puntos de unión, una condición necesaria para extender los intervalos de mantenimiento y reducir los costos por hora de operación», dice Niklas Prätzsch, líder de grupo de tecnología de procesos y sistemas LPBF en el Instituto Fraunhofer de Tecnología Laser ILT.
Optimizar superficies en un solo paso
Un nuevo enfoque revolucionario es el que sigue Viktor Glushych, líder del grupo de recubrimiento LMD y tratamiento térmico en el Fraunhofer ILT para la soldadura por láser de alta velocidad extrema (EHLA). El proceso recubre de manera rápida y respetuosa con los recursos, pero en la mayoría de los casos se requiere un trabajo de mecanizado posterior. "Recubrimiento y pulido simultáneo con rodillos" (SCaRB) combina EHLA con el pulido en un solo paso del proceso. Mientras la capa aplicada aún está caliente, una herramienta de rodillo pasa sobre la superficie generada, la compacta plásticamente y suaviza los picos de rugosidad.
Así se forma una capa superficial densa, con tensiones internas de compresión, de alta calidad superficial sin desgaste y sin necesidad de un acabado adicional.
«Eso ahorra tiempo, herramientas y material», explica Glushych sobre las ventajas. «Al mismo tiempo, SCaRB puede influir de manera específica en la microestructura y las tensiones internas. Esto mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión, y aumenta la resistencia a la fatiga de los componentes recubiertos.» En la Formnext, el Fraunhofer ILT presenta un demostrador de rodillo EHLA que hace que la gestión del proceso combinado sea comprensible en vivo.
Recubrimientos multi-materiales libres de PFAS
Además de capas metálicas puras, también se pueden aplicar capas multicapa de materiales de diferentes tipos. Aquí se combina el proceso EHLA para capas metálicas con la aplicación de una capa de PEEK para la fabricación de capas compuestas funcionales. PEEK es un polímero de alto rendimiento libre de flúor y una alternativa atractiva a los recubrimientos PFAS.
"La novedad consiste en la utilización del calor residual del proceso EHLA para fundir una capa de PEEK depositada en el siguiente paso inmediato. Para ello, se utiliza una tecnología de boquilla desarrollada en el Fraunhofer ILT, que permite una aplicación homogénea. Este sistema de capas híbrido combina las propiedades de dos capas funcionales ajustables individualmente", explica Rebar Hama-Saleh Abdullah, investigador del Fraunhofer ILT.
La capa metálica EHLA puede utilizarse como capa de protección contra la corrosión (por ejemplo, en pistones), como capa de funcionamiento en seco (por ejemplo, en aerogeneradores) o como capa intermedia con conductividad térmica. La capa de PEEK aplicada sobre ella sirve, dependiendo de la adición de aditivos, como capa antiadherente, capa deslizante o como protección adicional contra la corrosión. "La resistencia de adhesión entre el metal y el polímero se logra mediante un entrelazado del plástico con la superficie rugosa introducida intencionadamente en el proceso EHLA", dice el Dr. Christian Vedder, jefe del departamento de tecnología de superficies y eliminación de formas en el Fraunhofer ILT.
Sensores impresos, componentes inteligentes
En la fabricación aditiva, los componentes se crean capa por capa. De este modo, se hacen accesibles áreas que no se pueden alcanzar desde el exterior. Este enfoque se basa en la incorporación de sensores directamente en piezas metálicas, como por ejemplo, galgas extensométricas impresas en componentes fabricados por LPBF. Las capas de sensores se generan mediante impresión por inyección de tinta, aerosol o serigrafía; se pueden aplicar durante o después de la construcción y colocarse de manera precisa. Los componentes inteligentes fabricados de esta manera proporcionan, por ejemplo, datos en tiempo real sobre carga, deformación o formación de grietas incipientes.
»Estos sensores están ubicados exactamente donde los datos son más útiles, incluso en zonas que serían inaccesibles con la fabricación convencional«, resume el Dr. Samuel Moritz Fink, líder del grupo de procesos de capas delgadas en el Fraunhofer ILT. »Esto permite la monitorización del estado en uso, el mantenimiento predictivo y una mayor seguridad operativa. Al mismo tiempo, se reduce la complejidad del sistema, ya que se pueden eliminar estructuras separadas, cables o puntos de medición externos. Las industrias objetivo van desde la aeroespacial hasta la energía y la ingeniería mecánica.«
Solucionador de problemas y desarrollador de procesos
Los desafíos centrales para las empresas en la fabricación aditiva de metales consisten en altos costos por pieza, un desarrollo de aplicaciones complejo y la calificación o certificación de procesos para la producción en serie. Precisamente ahí es donde se enfoca el portafolio del Fraunhofer ILT. Identifica cuellos de botella, desarrolla procesos estables y lleva aplicaciones rápidamente a la producción, desde el primer prototipo funcional hasta la fabricación robusta en el cliente.
»Nuevos materiales son la clave para hacer utilizables las fortalezas especiales del SLS, es decir, la máxima libertad de diseño y la libertad de estructuras de soporte, en cada vez más sectores. Con nuestras máquinas modificadas, podemos calificar estos materiales de manera eficiente y así superar el problema del huevo y la gallina en las instalaciones industriales«, explica Vera Rothmund del grupo de Desarrollo de Aplicaciones en el Fraunhofer ILT.
»En el Fraunhofer ILT nos consideramos socios de la industria: desarrollamos procesos y tecnologías a medida para resolver conjuntamente los desafíos centrales en la impresión 3D de metales, desde la productividad hasta la garantía de calidad y la rentabilidad«, dice el Dr. Thomas Schopphoven, jefe del departamento de soldadura por láser en el Fraunhofer ILT.
Fraunhofer ILT en la Formnext 2025 en el stand de la comunidad Fraunhofer D31 en el pabellón 11.
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