Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Cold Spray es un proceso de manufactura aditiva en estado sólido, consistente en la deposición de material particulado en un substrato a altas velocidades. La gran ventaja de este proceso con respecto a otros procesos de Thermal Spray es que requiere de temperaturas de deposición bajo el punto de fusión, evitando problemas de difusión de gases y cambios microestructurales que limiten el rango de utilización de este proceso, además de disminuir la cantidad de calor necesario para realizar la adhesión. El objetivo principal de este trabajo de título fue estudiar la deformación por impacto de partículas de níquel y titanio en el proceso de Cold Spray a través de simulaciones numéricas. Los objetivos específicos fueron establecer una relación entre velocidad de impacto, temperatura y ángulo de impacto, con la adhesión de partículas con un substrato; analizar el impacto de las partículas con substratos de un mismo o diferente material; y determinar variables que permitan una deposición efectiva. Se realizaron simulaciones de impacto de una partícula esférica de 20 [µm] y un substrato, utilizando níquel y titanio. Se usaron como variables, las propiedades de los materiales, la temperatura, velocidad y ángulo antes del impacto, para obtener los esfuerzos, deformación y temperatura durante el impacto. Como recurso para realizar este trabajo de título, se trabajó con el software Abaqus/Explicit, con su módulo de análisis Abaqus/Explicit con un mallado Arbitrary Lagrangian Eulerian, para evitar la deformación excesiva. En total, se realizaron 40 simulaciones de impacto, analizados con 2 métodos distintos; el primero investigó la presencia de ASI (Adiabatic Shear Instability), no implicando la adhesión de la partícula con el substrato. El otro método logró obtener diferencias visibles a distintas velocidades (alrededor de los 500 y 600 [m/s] en los casos de níquel sobre níquel y titanio sobre titanio, y entre 600 y 700 [m/s] en los casos de níquel sobre titanio y titanio sobre níquel). A distintas temperaturas, aumentó la energía de adhesión a mayores temperaturas, y a distintos ángulos de impacto (disminuyendo la adhesión con un mayor ángulo de impacto). Si bien, las velocidades críticas logradas para níquel y titanio resultaron menores que las estimadas por la literatura [15] [28] [29], los resultados de la literatura estudiaron la presencia de ASI, lo cual no implica adhesión. Por lo tanto, existe la posibilidad de que los resultados obtenidos en este trabajo de título sean ciertos, sólo necesitarían demostración experimental para confirmar las velocidades críticas.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En el desarrollo de las industrias de manufactura se busca acelerar los procesos, en este punto la manufactura aditiva ha ayudado al progreso de la industria gracias a la creación de prototipos rápidos, con precisión, y disminución de costos, entre otros. Existen distintas formas de manufactura aditiva y aplicaciones con distintos materiales, plásticos, metales y cerámicos. Dentro de la manufactura aditiva se encuentran los procesos de proyección térmica usada típicamente con metales, donde se proyectan partículas fundidas, semifundidas o en frío. Este último es el caso de los sistemas de Cold Spray que son utilizados hoy en día para la manufactura de revestimientos, reparación de piezas mecánicas, relleno de orificios, relleno de piezas de fundición defectuosas, entre otros tipos de aplicaciones. Lo mencionado anteriormente tiene aplicaciones en el área de energía, aeroespacial, militar, automotriz, entre otros. En este proceso de manufactura se proyectan partículas metálicas, por intermedio de un gas que es calentado y acelerado mediante una tobera de Laval a velocidades supersónicas, las partículas logran su adhesión por la deformación plástica sufrida en el impacto. La presente Memoria consiste el diseño, construcción y pruebas de un sistema de Cold Spray de baja presión. Este proyecto se divide en varias etapas: Definir criterios de dise- ño, Diseño preliminar, Memoria de cálculo, Selección de componentes, Diseño y validación mediante elementos finitos, Construcción y ensamblaje, Pruebas. Luego de fabricado el sistema se realizan una serie de pruebas en cada uno de sus subsis- temas (control gas, control temperatura, movimiento y gabinete protección). Estas pruebas sirven para observar desperfectos, analizar sus posibles causas y opciones de solución. Una vez terminada la construcción y pruebas, se plantean mejoras a futuro, donde se destaca la construcción de una nueva tobera y un alimentador de partículas; así como también, la aislación de las partes mecánicas (husillos y ejes lineales), ya que éstas pueden sufrir daños o desperfectos por suciedad o polvos proyectados. Finalmente con el sistema de Cold Spray se busca realizar posteriores estudios en el ámbito de la manufactura aditiva y así conocer distintos tipos de aplicaciones según sus propiedades mecánicas.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Cold spray es una técnica de deposición de material en donde partículas impactan a altas velocidades sobre un sustrato con el objetivo de generar un recubrimiento para refuerzo o reparación de superficies, para aplicaciones en la industria aeroespacial principalmente. Dada la escala nanotemporal del proceso, existe una gran dificultad para medir experimentalmente las deformaciones y temperaturas alcanzadas durante el impacto, por lo que se hace necesario apoyar los estudios experimentales con simulaciones numéricas. En este trabajo se estudia la micro dureza Vickers de un recubrimiento de aluminio 1100 sobre un sustrato de aluminio 6061-T6. El objetivo del trabajo es determinar la capacidad del modelo computacional para predecir la dureza del material recubierto mediante cold spray. Por una parte, el estudio se lleva a cabo mediante mediciones experimentales de microdureza Vickers con 0.05, 0.1 y 0.2 kgf de carga de indentación. Por otra parte, se utiliza el programa ABAQUS para realizar simulaciones con elementos finitos con el método explícito y el enfoque Lagrangiano para el impacto de múltiples partículas. De las simulaciones, se obtiene la deformación de las partículas y se determina su influencia en el endurecimiento por deformación plástica del material a través del modelo de plasticidad de Johnson-Cook. Con este modelo se calcula el esfuerzo de fluencia por endurecimiento y se relaciona dicho esfuerzo con la dureza del material mediante relaciones empíricas. En las simulaciones, el tamaño de partícula utilizado es de 25 m y la velocidad de impacto es de 600 m/s, ambos datos obtenidos a partir de mediciones en el proceso de formación del recubrimiento. Los resultados de las simulaciones son comparados con las mediciones experimentales y se observan grandes diferencias entre la dureza simulada y la dureza medida, con errores entre 28.6% y 66.2%. A pesar de ello, se comprueba que hay endurecimiento en el recubrimiento debido al impacto de las partículas, tal como se ve en la práctica de esta técnica. Se discute como causa de estas diferencias la configuración espacial de las partículas en el impacto y un posible ablandamiento térmico del recubrimiento luego de su formación experimental.