Los investigadores de ORNL, en colaboración con Siemens Tech, han logrado un hito al imprimir en 3D grandes palas de turbinas de vapor.
Innovaciones en la impresión 3D: Nuevas perspectivas para componentes críticos
Recientemente, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU., en colaboración con Siemens Technology, lograron un hito significativo en la impresión 3D: la fabricación de grandes aspas de turbina de vapor para la generación de energía en plantas de energía.
Este logro demuestra que la fabricación aditiva mediante arco de alambre es viable para la producción escalable de componentes críticos que superan los 11 kg, un método alternativo a las tradicionales técnicas de fundición y forja, que mayormente se han trasladado al extranjero.
Desafíos y soluciones en la cadena de suministro
Michael Kirka, líder del grupo de Ciencia y Tecnología de Deposición en ORNL, destaca la dificultad de obtener piezas de fundición y forja de bajo volumen que superen los 45 – 90 kg en el mercado interno. Esto, sumado a los conflictos internacionales que afectan el movimiento de suministros críticos, sitúa a la industria en una posición complicada.
Tecnología innovadora en la manufactura
La técnica de fabricación aditiva por arco de alambre utiliza un arco eléctrico para fundir alambre metálico, controlado por un brazo robótico, creando capas delgadas que gradualmente forman la pieza deseada. Luego, se maquina la pieza para cumplir con los requisitos de diseño final. Esta tecnología, desarrollada en colaboración con Lincoln Electric, también facilita la reparación de piezas existentes, ofreciendo a empresas como Siemens Energy la posibilidad de mantener y actualizar equipos bajo contratos de servicio con empresas eléctricas.
Ampliación del Alcance Durante la Pandemia
Originalmente centrado en la reparación de componentes, el proyecto amplió su alcance durante la pandemia de COVID-19. Ante la demora de dos años en obtener nuevas aspas de turbina de vapor fundidas, se optó por imprimir piezas de reemplazo completas, adaptándose a diferentes tipos de plantas de energía.
Mejoras en Materiales y Evaluación de Desempeño
Los investigadores de ORNL experimentaron con materiales y desarrollaron mejores métodos para evaluar el rendimiento mecánico de las piezas impresas. El gran logro fue la fabricación de una aspa de turbina de vapor de aleación de acero, culminando estos esfuerzos.
Reducción del Tiempo de Producción
Según Anand Kulkarni, de Siemens Technology, la capacidad de escanear la pieza durante su construcción proporcionó información valiosa para reducir el tiempo de producción. Mientras que el tiempo de espera para fundiciones y forjas grandes ha disminuido a siete u ocho meses, ORNL logró imprimir la aspa en 12 horas, completándola en dos semanas incluyendo el mecanizado.
Desafíos y Ventajas de la Impresión 3D
La impresión de piezas grandes y pesadas presenta desafíos, como la lentitud en el enfriamiento y la sensibilidad en la velocidad y el orden de deposición de las capas. Sin embargo, la impresión 3D ofrece ventajas significativas, como la independencia de herramientas de fabricación específicas y la capacidad de replicar cualquier diseño.
Colaboración y Apoyo
Este proyecto, financiado por la Oficina de Energía Fósil y Gestión del Carbono del DOE, contó con la colaboración de varios investigadores de ORNL. La aspa de turbina de vapor fue impresa en la Instalación de Demostración de Manufactura del DOE, apoyada por la Oficina de Tecnologías Avanzadas de Materiales y Manufactura, parte de un consorcio nacional que trabaja con ORNL para innovar en la manufactura estadounidense.
Carlos Alberto Trinchet dice
Tremendo adelanto tecnológico, creo que su meta es muy superior. La manufactura con titanio es cara y agresiva, los alabes llevan conductos para el enfriamiento. Quedan sus pruebas estáticas y dinámicas asociadas a la estabilidad térmica. Ello permitirá avanzar a otros alabes de mayores requerimientos. y llegar al turborreactor. Enhorabuena!
José Martínez Cano dice
La de una turbina a vapor, es lo más sencillo. Cuando construyan una para turbina de gas, ésto si que será un gran éxito
Rodrigo Gonzalez Ortega dice
No es cierto lo afirmado en el artículo, no son los primeros, en Rusia ya se hace desde el año 2022 para las turbinas de vapor que sustituyen las turbinas Siemens, equivalentes en potencia, superiores en eficiencia. No está claro si la impresión 3D será el procedimiento regular de producción, aún está por verse si el volumen de producción de las turbinas mismas haga más rentable la impresión o el método tradicional, pero lo importante es que ambos métodos están disponibles, la impresión 3D en particular hace casi dos años. Pero como occidente es tan excepcional, no se entera de lo que son capaces aquellos a quines trata de cancelar y trata de convencer al mundo de que son los primeros en todo.