El conocimiento adelantado en ciencia de materiales está permitiendo a los ingenieros de la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería reincorporar subproductos y residuos a la cadena productiva de manera innovadora y sostenible.
La creciente preocupación por la sostenibilidad en la producción industrial ha impulsado la investigación sobre la reutilización de residuos, como los derivados del aluminio, en nuevas aplicaciones tecnológicas.
Así lo demuestra un reciente y pionero estudio que ha examinado la viabilidad de utilizar polvos compuestos de aluminio y alúmina (Al-Al2O3) obtenidos mediante la molienda de virutas de aleación de Al en el proceso de fabricación aditiva conocido como fusión de lecho de polvo láser (LPBF).
La investigación fue llevada a cabo por profesores del Programa de Ingeniería Industrial de la Escuela quienes exploraron la reutilización de este subproducto común de los procesos de maquinado, mediante técnicas de fabricación aditiva.
El artículo, recientemente publicado en la revista Powder Technology, es fruto de la colaboración entre las doctoras Johanna y Adriana Esguerra Arce, expertas en materiales y procesos de fabricación, y un equipo internacional de investigadores, incluyendo a la ingeniera Johanna Gisell Tirado González, el ingeniero Nicolás Ospina Mendoza, la profesora Rossi Setchi de la Universidad de Cardiff, y el doctor Frank Lacan, especialista en manufactura aditiva.
La investigación se centró en evaluar la viabilidad de utilizar polvos compuestos de aluminio y alúmina obtenidos de la molienda de virutas de aluminio, como materia prima para la LPBF. Los resultados son prometedores: se lograron imprimir exitosamente compuestos de Al- Al2O3 que alcanzaron una dureza de 226 HV ± 34,3, evidenciando su potencial para aplicaciones en sectores industriales exigentes como el automotriz, marino y aeroespacial.
“En el marco de un proyecto con la Royal Academy of Engineering de Reino Unido, Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería y la Universidad de Cardiff, llevamos a cabo un proyecto de investigación en el que probamos un polvo de aluminio obtenido por molienda de viruta, en una técnica de manufactura aditiva. El polvo se fabricó aquí en los laboratorios de la Escuela. La doctora Adriana Esguerra fue la directora del proyecto y yo, Johanna, como coinvestigadora. Una vez tuvimos el polvo, el grupo de investigadores viajó a Reino Unido y como producto del proyecto se publicó el siguiente artículo científico”, contó la investigadora Johanna Esguerra.
Propiedades mejoradas
El estudio destacó la importancia de las aleaciones de aluminio, no solo por su ligereza y resistencia, sino también por sus propiedades mejoradas cuando se combinan con alúmina, un compuesto que incrementa la estabilidad térmica, el módulo de Young y las resistencias al desgaste y a la corrosión. A pesar de los desafíos asociados con la impresión de piezas utilizando mezclas de Al y alúmina, los investigadores lograron producir muestras que mostraron una notable dureza de 226 HV ± 34,3.
Durante los experimentos, los parámetros de impresión, como la potencia del láser y la velocidad de escaneo, se ajustaron cuidadosamente para optimizar la calidad de las piezas resultantes. Se observó la formación de microestructuras complejas, como espinela (MgAl2O4) y poros esféricos, lo que evidenció la interacción entre los materiales presentes en el polvo de partida y el láser en el proceso de LPBF. Estos hallazgos no solo subrayan el potencial de reutilizar residuos de aluminio en procesos de fabricación avanzados, sino que también abren nuevas posibilidades para la creación de compuestos de matriz de aluminio con propiedades superiores, esenciales en sectores como el automotriz, marino y aeroespacial.
Este avance representa un paso significativo hacia la implementación de prácticas más sostenibles en la fabricación industrial, demostrando que es posible combinar eficiencia productiva con un enfoque ambientalmente responsable.
ARCHIVO PARTICULAR
El conocimiento de la ciencia de materiales es crucial en la reincorporación de subproductos y residuos a la cadena productiva, ya que dota a los profesionales del conocimiento físico y químico necesarios para su caracterización y transformación.
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Parte de la investigación se realizó en las instalaciones de la Escuela, mientras que el resto se llevó a cabo en el Reino Unido, lo que implicó el desplazamiento de las profesoras y el estudiante a dicho país.
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El conocimiento de la ciencia de materiales es crucial en la reincorporación de subproductos y residuos a la cadena productiva, ya que dota a los profesionales del conocimiento físico y químico necesarios para su caracterización y transformación.
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Johanna Esguerra Arce
Johanna Esguerra Arce es Ingeniera de Materiales de la Universidad del Valle. Durante sus estudios, adquirió sólidos conocimientos en síntesis y caracterización de materiales. Sus áreas de especialización incluyen pulvimetalurgia, síntesis por magnetrón sputtering, así como caracterización química, microestructural, tribológica y electroquímica. Además, ha trabajado en la recuperación de desechos industriales y cementos.
Actualmente, es docente de los cursos de Ciencia de los Materiales, Procesos de Fabricación, Metalografía, Procesamiento de Polvos Metálicos y Cerámicos, y Caracterización Avanzada de Materiales. También coordina el Laboratorio de Producción en la Decanatura de Ingeniería Industrial y es una investigadora activa del grupo de investigación CIMSER.
Ha colaborado en proyectos con universidades y empresas tanto nacionales como internacionales. Entre las universidades destacan la EPFL de Suiza, el CIC BiomaGune de España, y Cardiff University en el Reino Unido. En el ámbito empresarial, ha trabajado con compañías como Geradu-Diaco.
Adriana Esguerra Arce
Adriana Esguerra Arce es Ingeniera de Materiales con un magíster y un doctorado en Ingeniería de la Universidad del Valle. Durante su formación, adquirió sólidos conocimientos en síntesis y caracterización de materiales. Sus áreas de experiencia incluyen la pulvimetalurgia, síntesis por magnetrón sputtering, caracterización tribológica y electroquímica, así como la recuperación de desechos industriales.
Actualmente, es docente de los cursos de Ciencia de los Materiales, Procesos de Fabricación, Metalografía, y Procesamiento de Polvos Metálicos y Cerámicos. Además, dirige el Centro de Estudios de Tecnología e Innovación de la Decanatura de Ingeniería Industrial y el grupo de investigación CIMSER.
Ha participado en proyectos en colaboración con universidades y empresas nacionales e internacionales, como la EPFL de Suiza, el CIC BiomaGune de España, y Cardiff University en el Reino Unido, así como con empresas como Geradu-Diaco.
Participantes adicionales en la investigación
La investigación también contó con la participación de Johanna Gisell Tirado González, ingeniera y magíster en Materiales y Procesos, así como ingeniera industrial egresada de la misma universidad. También colaboró Nicolás Ospina Mendoza, graduado y exmiembro del Semillero de Investigación en Materiales para Aplicaciones Industriales.
Desde la Universidad de Cardiff, participaron la Doctora Rossi Setchi, Directora del Centro de Investigación de IA, Robótica y Sistemas Hombre-Máquina, y el Doctor Frank Lacan, con más de 20 años de experiencia en manufactura aditiva.
Parte de la investigación se realizó en las instalaciones de la Escuela, mientras que el resto se llevó a cabo en el Reino Unido, lo que implicó el desplazamiento de las profesoras y el estudiante a dicho país.