Cómo el cobre, los diamantes y la conformación de haces están revolucionando la impresión 3D
15 de mayo de 2025 | Tiempo de lectura: 5 min
En un interesante episodio de Additive Snack Podcast, el presentador Fabian Alefeld entabló un interesante debate con tres figuras clave de la Universidad de Wolverhampton (Reino Unido): el profesor Arun Arjunan, el director de comercialización de FA , John Robinson, y el asociado de intercambio de conocimientos Manpreet Singh.
Esta conversación puso de relieve los 25 años de trayectoria de la universidad en el campo de la fabricación aditivaFA), mostrando su investigación pionera, sus importantes colaboraciones industriales y su compromiso con el desarrollo de la mano de obra.
Un legado de innovación: 25 años de fusión láser en lecho de polvo
La Universidad de Wolverhampton fue una de las primeras instituciones académicas en adoptar la fusión por láser en lecho de polvo, iniciando sus trabajos en 1999. El profesor Arun Arjunan detalló la dilatada historia de la universidad, centrada principalmente en los metales, y su experiencia en la creación de parámetros de proceso para materiales difíciles. Entre sus primeros logros cabe destacar su labor pionera en la impresión de titanio para aplicaciones aeroespaciales y automovilísticas.
John Robinson, cuya trayectoria en la universidad comenzó como estudiante en 2009, compartió su experiencia práctica con una gama de máquinas EOS, desde la primera EOS M 250 hasta la EOS M 290 y el reciente sistema AMCM NLight.
Destacó el papel de la universidad al ser una de las primeras en procesar titanio, lo que requirió adaptaciones especiales para la máquina EOS M 270. La trayectoria profesional de Robinson, que incluyó estancias en la industria en Jaguar Land Rover y Cookson Gold (desarrollo de parámetros láser para metales preciosos), le llevó finalmente de vuelta a Wolverhampton, donde se centró en el desarrollo de parámetros para cobre y plata, materiales conocidos por su difícil reflectividad con láseres infrarrojos.
Superar los límites: Del cobre a los compuestos de cobre y diamante
Un hilo conductor importante del debate fue el trabajo pionero de la universidad con materiales altamente conductores, en particular el cobre.
El trabajo de tesis de John Robinson sobre aleaciones de cobre y plata permitió imprimir cobre utilizando menos de 400 vatios por primera vez. Esta experiencia resultó inestimable en una asociación de transferencia de conocimientos con AceOn, un fabricante de baterías. El equipo de la universidad desarrolló disipadores de calor de cobre de fabricación aditiva con superficies mínimas tri-periódicas (TPMS). Estos disipadores optimizados mejoraron notablemente la gestión térmica de las baterías, sobre todo en entornos con temperaturas ambiente elevadas.
La conversación pasó entonces a un material aún más novedoso: un compuesto de cobre y diamante. John Robinson explicó que este desarrollo, actualmente pendiente de patente, surgió de una colaboración con Diamond Hard Surfaces, una empresa especializada en procesos de recubrimiento con diamante.
El diamante, con la mitad de densidad que el cobre pero cuatro veces más conductor térmico, ofrece un inmenso potencial para soluciones de gestión térmica ligeras y de alto rendimiento en aplicaciones como los vehículos eléctricos. Y lo que es más importante, el diamante es eléctricamente inerte, lo que significa que, controlando la proporción entre cobre y diamante, se pueden adaptar las propiedades térmicas y eléctricas a aplicaciones específicas, como aislantes para dispositivos electrónicos que requieren una disipación de calor eficaz.
Sorprendentemente, Robinson sugirió que este material compuesto no es tan caro como el cobre atomizado, ofreciendo una conductividad térmica mejorada e interesantes propiedades eléctricas a un coste y un peso potencialmente menores. El profesor Arjunan subrayó que estos materiales no son meras alternativas, sino soluciones a barreras fundamentales en el desarrollo tecnológico, que permiten dispositivos electrónicos más pequeños, ligeros y potentes.
El Centro de Excelencia: El futuro de FA
El recién inaugurado Centro de Excelencia para la Fabricación Aditiva de la Universidad de Wolverhampton está preparado para abordar las principales limitaciones de la actual tecnología FA . Su principal objetivo tecnológico será la "fusión de lecho de polvo con láser de forma" (SLPBF), que utiliza innovadores láseres NLight capaces de variar el perfil del haz desde un único punto hasta una forma anular.
Esto es análogo a utilizar una brocha pequeña para las esquinas y un rodillo para las zonas grandes al pintar, lo que permite obtener detalles finos cuando es necesario y aumentar significativamente la velocidad de fabricación (potencialmente un 200% más de diámetro de punto) para las secciones más grandes. El Centro pretende ampliar su metodología establecida para desarrollar parámetros de proceso, incorporando la productividad y el coste como variables clave junto con la calidad y la densidad.
Materialmente, el Centro se concentrará en materiales altamente conductores, aprovechando su éxito con la impresión de cobre de bajo consumo. Un segundo pilar será la impresión multimaterial, combinando metales conductores con aislantes, con el cobre-diamante como ejemplo principal. El tercer pilar se centra en los materiales termoeléctricos. Si estos materiales pueden fabricarse de forma aditiva, aprovechando la libertad de diseño, podrían ser viables para la captación de energía o los intercambiadores de calor avanzados, lo que repercutiría en la informática de próxima generación, la defensa y los vehículos eléctricos al permitir motores eléctricos más pequeños y con mayor densidad de potencia en los que la disipación del calor es el factor limitante.
Impacto industrial y desarrollo de la mano de obra
Manpreet Singh destacó el compromiso de la universidad con la comercialización de su investigación y el acceso de la industria a los sistemas de FA . Busca activamente asociaciones de intercambio de conocimientos y colaboraciones con industrias locales y nacionales de sectores como la automoción, la fabricación de baterías y la sanidad (por ejemplo, implantes específicos para pacientes en cromo-cobalto con estructuras TPMS).
Consciente del déficit de cualificación en FA, la universidad ofrece cursos académicos y cursos de Desarrollo de Progreso Continuo. Estos programas, desarrollados en colaboración con entidades como EOS Additive Minds, se dirigen a diversos niveles de cualificación, desde principiantes sin formación en FA hasta quienes buscan formación práctica en sistemas avanzados como las máquinas EOS M 290 .
El objetivo de esta iniciativa es mejorar la cualificación de la mano de obra y dar a las industrias la confianza necesaria para adoptar la FA. John Robinson añade que la FA está muy integrada en otras titulaciones y que se está estudiando la posibilidad de crear un máster FA. La investigación de doctorado también está estrechamente vinculada a estos proyectos avanzados, como los estudiantes que trabajan en el material cobre-diamante y los doctorados previstos para el desarrollo del láser de forma de tántalo y molibdeno.
Una visión más amplia: FA para un futuro sostenible y resiliente
También se habló del papel de FA en la sostenibilidad, la ligereza y el potencial de la fabricación redistribuida. El profesor Arjunan destacó cómo FA puede crear metamateriales con prestaciones específicas a escala micro/submicrónica, cruciales para los dispositivos sanitarios de próxima generación, como los implantes específicos para pacientes que imitan el comportamiento natural del hueso. También imaginó la FA como una tecnología capaz de crear materiales específicos en los que las propiedades dependen de las interacciones láser-material y no sólo de la geometría, lo que podría revolucionar los intercambiadores de calor y los componentes electrónicos.
De cara al futuro, el equipo considera que FA es fundamental para la deslocalización y la fabricación distribuida, ya que permite que el diseño y el desarrollo de materiales se realicen a escala mundial mientras que la fabricación se lleva a cabo cerca del consumo.
El enfoque integral de la Universidad de Wolverhampton -desde la ciencia fundamental de los materiales y el desarrollo de procesos hasta la aplicación industrial, la formación de mano de obra y la influencia en la política a través de su participación en British Standards y el panel de FA de la AMTA- la sitúa como una fuerza vital en el avance del panorama de FA , no sólo en el Reino Unido, sino en todo el mundo.
Conéctese y obtenga más información:
Para quienes estén interesados en saber más sobre el trabajo de la Universidad de Wolverhampton o en ponerse en contacto con el equipo:
Escuche el episodio completo de Additive Snack Podcast.
- Profesor Arun Arjunan: LinkedIn, Google Scholar, ResearchGate
- John Robinson LinkedIn, ResearchGate
- Manpreet Singh: Google Scholar, ResearchGate
