consolidación ultrasónica

La consolidación ultrasónica ( UC ) o fabricación aditiva ultrasónica ( UAM ) es una técnica de fabricación aditiva o impresión 3D a baja temperatura para metales. ^{[ 1 ]}

El proceso funciona frotando láminas metálicas con vibraciones ultrasónicas bajo presión de forma continua, es decir, clasificación de laminación de láminas en fabricación aditiva. ^{[ 2 ]} La fusión no es el mecanismo de formación. En cambio, los metales se unen en estado sólido mediante la ruptura de películas de óxido superficiales entre los metales, es decir mecanismos de soldadura ultrasónica de metales. ^{[ 3 ] [ 4 ]} El fresado de contorno CNC se utiliza indistintamente con la etapa aditiva del proceso para introducir características internas y agregar detalles a la pieza metálica. La UAM tiene la capacidad de unir múltiples tipos de metales, es decir, unión de metales disímiles, con una formación intermetálica nula o mínima ^{[ 5 ] [ 6 ]} y permite la incrustación de materiales sensibles a la temperatura a una temperatura relativamente baja ^{[ 7 ] [ 8 ]} —típicamente menos del 50 % de la temperatura de fusión de la matriz metálica. ^{[ 9 ]}

El proceso de consolidación ultrasónica o fabricación aditiva ultrasónica fue inventado y patentado por Dawn White. ^{[ 10 ]} En 1999, White fundó Solidica Inc. para vender equipos comerciales de UAM: la suite de máquinas Form-ation. Cerca de 2007, el Edison Welding Institute (EWI) y Solidica comenzaron una colaboración para rediseñar las herramientas de soldadura para remediar las limitaciones de calidad de la unión y para ampliar los metales soldables del proceso, lo que se denomina UAM de muy alta potencia. ^{[ 11 ]} En 2011, se formó Fabrisonic LLC para comercializar el proceso UAM mejorado: la suite de máquinas SonicLayer. ^{[ 12 ]} Un sistema SonicLayer 4000 se implementó simultáneamente en la Universidad Estatal de Ohio . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

Al igual que la mayoría de los procesos de fabricación aditiva, UC crea objetos directamente a partir de un modelo CAD del objeto deseado. El archivo se divide en capas, lo que genera un archivo G-code CNC que la máquina UC puede utilizar para construir el objeto, capa por capa.

El proceso general de fabricación es:

• Se coloca una placa base sobre el yunque de la máquina y se fija en su lugar.
• A continuación, se coloca una lámina metálica debajo del sonotrodo , que aplica presión mediante una fuerza normal y las oscilaciones ultrasónicas, y se adhiere a la placa.
• Este proceso se repite hasta que la zona requerida quede cubierta con material consolidado mediante ultrasonidos.
• A continuación, se utiliza una fresadora CNC para recortar el exceso de lámina del componente y conseguir la geometría requerida.
• El ciclo de deposición y recorte se repite hasta alcanzar una altura específica (normalmente de 3 a 6  mm).
• A esta altura se utiliza una fresa de acabado más pequeña para lograr la tolerancia y el acabado superficial requeridos en la pieza.
• El ciclo de deposición, recorte y acabado continúa hasta que se fabrica el objeto terminado; en ese momento, se retira del yunque y el artículo terminado se separa de la placa base.

El mecanismo de formación del enlace metalúrgico entre las láminas se puede explicar mediante la deformación microscópica de las microirregularidades de la lámina superior. ^{[ 16 ]} La superficie del sonotrodo suele estar texturizada para facilitar la sujeción de la lámina superior sometida a vibraciones. La rugosidad resultante en la superficie de la lámina superior afecta la adhesión de la capa subsiguiente. El área de contacto entre las láminas superior e inferior se expande cuando las microirregularidades se comprimen por las oscilaciones ultrasónicas.