¡Grandes noticias! Un logro conjunto de Enigma, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing y la Universidad de Lisboa: las estructuras dentadas biomiméticas mejoran la resistencia y ductilidad sinérgicas del Inconel 625 fabricado mediante CMT-WAAM.

Tradicionalmente, el Inconel 625 fabricado mediante CMT-WAAM suele presentar desafíos como una microestructura no uniforme, concentración localizada de deformación y la dificultad para lograr simultáneamente alta resistencia y buena ductilidad. Para abordar este desafío, un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing ha propuesto una estrategia de diseño biomimética basada en una estructura dentada. Mediante el control sinérgico de la geometría de la estructura y las características microestructurales, este enfoque mejora el rendimiento del material para ajustar la deformación de forma uniforme.

Con base en el contexto investigador anterior, un equipo colaborativo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, junto con socios como la Universidad de Lisboa (Portugal) y Enigma, ha publicado un artículo científico reciente titulado «Mejora de la sinergia entre resistencia y ductilidad en Inconel 625 fabricado mediante CMT-WAAM mediante una heteroestructura bioinspirada en zigzag» en la revista internacional Materials Science & Engineering A. https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464en este trabajo, la Dra. Shen Jiajia y el estudiante de máster Han Yanjun, de la Escuela de Ciencia y Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, son los autores principales colectivos; los profesores Wang Kehong y Zhang Yong (también de la misma escuela) y el profesor João Pedro Oliveira de la Universidad de Lisboa son los autores correspondientes colectivos. Este estudio elucidó sistemáticamente el mecanismo mediante el cual la heteroestructura en zigzag inspirada en la naturaleza mejora la sinergia entre resistencia y ductilidad en el Inconel 625 fabricado mediante CMT-WAAM.

1. Antecedentes e importancia de la investigación

El CMT-WAAM combina la baja entrada térmica de los procesos de transferencia fría de metal con la alta eficiencia de deposición del WAAM, lo que lo convierte en una tecnología ideal para la fabricación rápida de componentes metálicos a gran escala. Para aleaciones a base de níquel, como el Inconel 625, esta tecnología ofrece ventajas significativas para mejorar la eficiencia de fabricación y reducir los costes de producción.

Sin embargo, en la fabricación real, múltiples ciclos térmicos durante el proceso de deposición, la fusión intercapa y la planificación de la trayectoria influyen conjuntamente en la morfología de los granos, la orientación cristalográfica y la distribución local de tensiones/deformaciones. Confiar únicamente en la optimización convencional de los parámetros del proceso suele dificultar el logro simultáneo de alta resistencia y alta ductilidad. Por lo tanto, regular y controlar activamente el comportamiento de deformación del material mediante el diseño microestructural se ha convertido en un enfoque importante para mejorar el rendimiento general de las aleaciones fabricadas mediante WAAM.

Las estructuras jerárquicas en la naturaleza, como las conchas marinas, los huesos y las interfaces dentadas, suelen lograr una excelente tolerancia al daño mediante mecanismos como «entrelazamiento geométrico, partición de deformación y desviación de grietas». Inspirándose en esta filosofía de diseño biomimético, este estudio construye una arquitectura en zigzag en Inconel 625 fabricado mediante el proceso CMT-WAAM, ofreciendo un nuevo enfoque de diseño microestructural para mejorar simultáneamente la resistencia y la ductilidad de las aleaciones fabricadas aditivamente.

Figura 1: Esquema del concepto de diseño de la estructura en zigzag inspirada en la naturaleza

2. Detalles experimentales

En este estudio, se depositaron probetas de aleación Inconel 625 mediante el proceso CMT-WAAM, y se construyó una estructura dentada con ondulaciones espaciales mediante la planificación de la trayectoria de la herramienta. Esta estrategia elimina la única interfaz plana de unión entre capas, formando en su lugar unidades estructurales controlables tanto a nivel geométrico macroscópico como a nivel microestructural.

Para revelar de forma exhaustiva la influencia del diseño estructural sobre la microestructura y las características de la aleación Inconel625, este estudio emplea un enfoque de caracterización multiescala: la evolución microestructural se analiza mediante técnicas como la microscopía óptica, la microscopía electrónica de barrido y la difracción electrónica de retrodispersión; las propiedades mecánicas se evalúan mediante ensayos de tracción y análisis fractográfico; y, al integrar las diferencias locales de orientación, las estructuras de dislocaciones y las características de deformación, se aclara aún más el mecanismo subyacente a la mejora sinérgica de la resistencia y la ductilidad del material.

Figura 2: Estrategia de deposición

3. Resultados y discusión

3.1 Construcción de la estructura en zigzag inspirada en la naturaleza

En comparación con las estructuras convencionales de trayectoria recta o estratificadas uniformemente, la estructura en zigzag introduce giros periódicos y ondulaciones en las interfaces a nivel geométrico, creando regiones con distintas respuestas locales a la deformación dentro del material. Bajo carga de tracción, se producen restricción mutua y deformación cooperativa entre estas distintas regiones, lo que contribuye a dispersar las concentraciones locales de deformación.

La clave de este diseño estructural no radica únicamente en modificar la trayectoria de deposición, sino en regular conjuntamente el modo de deformación mediante variaciones microestructurales inducidas por la trayectoria y ondulaciones geométricas. De este modo, el material puede alcanzar un comportamiento más estable de endurecimiento por deformación, manteniendo al mismo tiempo su capacidad global de soporte de carga.

3.2 Características microestructurales

El análisis microestructural revela que la aportación de calor, la re-fusión entre capas y las variaciones de trayectoria durante el proceso CMT-WAAM influyen conjuntamente en la morfología de los granos y en la distribución microestructural local. Las diferencias microestructurales en las regiones con estructura en zigzag constituyen una base para la deformación, permitiendo un reparto de deformación más rico y comportamientos de acumulación de dislocaciones durante el proceso de deformación.

Cabe destacar que la estructura en zigzag no implica la introducción de interfaces débiles. Una interfaz en zigzag correctamente diseñada puede mejorar la capacidad de transferencia de carga mediante el entrelazado geométrico y la continuidad microestructural, reduciendo así el riesgo de fallo prematuro en la interfaz.

Figura 3: Esquema de las características microestructurales en la estructura en zigzag inspirada en la naturaleza

3.3 Propiedades mecánicas a temperatura ambiente

Las pruebas de propiedades mecánicas muestran que la estructura en zigzag inspirada en la naturaleza mejora eficazmente la sinergia entre resistencia y ductilidad del Inconel 625 fabricado mediante CMT-WAAM. En comparación con una estructura uniforme convencional, la estructura en zigzag retrasa la inestabilidad plástica mediante una mayor coordinación de la deformación local y una mayor capacidad de endurecimiento por deformación, logrando así propiedades mecánicas globales superiores.

La mejora sinérgica de la resistencia y la ductilidad constituye un aspecto central de este estudio. Durante la deformación a tracción, la estructura en zigzag puede modificar la trayectoria de evolución de la deformación, permitiendo que distintas regiones del material participen conjuntamente en la deformación plástica y evitando así la concentración prematura de daño en zonas locales.

Figura 4: Mejora sinérgica de la resistencia y la ductilidad en el Inconel 625 fabricado mediante CMT-WAAM

3.4 Mecanismo de deformación

El análisis del mecanismo muestra que la estructura en zigzag puede inducir una distribución de deformación local más compleja y promover la deformación cooperativa entre las regiones blandas y duras dentro de la estructura en zigzag. Durante la deformación, se producen restricciones mutuas entre las regiones geométricamente onduladas y las regiones microestructurales adyacentes, lo que facilita la acumulación de dislocaciones, el endurecimiento por contratesis y una mayor capacidad de endurecimiento por deformación.

Este mecanismo permite que el material ya no dependa únicamente de la deformación plástica uniforme cuando se somete a cargas externas, sino que absorba la deformación mediante la cooperación sinérgica de múltiples regiones. Como resultado, el material mantiene una buena ductilidad mientras alcanza una mayor resistencia, lo que constituye una base importante para el diseño integrado de estructura y propiedades en las aleaciones a base de níquel fabricadas mediante CMT-WAAM.

Figura 5: Esquema del mecanismo de la estructura en zigzag inspirada en la naturaleza para regular el comportamiento de deformación

4. Conclusión

Este estudio introduce el concepto de diseño estructural biomimético en la fabricación de la aleación Inconel 625 mediante CMT-WAAM y propone una nueva estrategia para mejorar la sinergia entre resistencia y ductilidad mediante una estructura dentada. Esta estrategia rompe con el enfoque convencional que se basa únicamente en la optimización de los parámetros del proceso, destacando en cambio el control activo del comportamiento de deformación del material mediante el diseño de unidades estructurales.

Los resultados de la investigación indican que la estructura dentada puede mejorar la distribución local de la deformación, potenciar la capacidad de deformación coordinada entre distintas regiones y aumentar la capacidad de endurecimiento por deformación del material. Este mecanismo contribuye a mitigar el problema habitual de concentración localizada de deformación en aleaciones fabricadas aditivamente, logrando así una mejor compatibilidad entre resistencia y ductilidad.

Este logro no solo enriquece la investigación sobre los mecanismos de tenacidad de las aleaciones a base de níquel fabricadas mediante WAAM, sino que también proporciona nuevas ideas de diseño y referencias técnicas para la fabricación aditiva de alto rendimiento de componentes metálicos complejos y de gran tamaño destinados a la industria aeroespacial y a equipos energéticos.

5. Enlace al artículo

Título del artículo: Mejora de la sinergia entre resistencia y ductilidad en Inconel 625 fabricado mediante WAAM-CMT mediante una heteroestructura en zigzag inspirada en la naturaleza

Revista: Materials Science & Engineering A

Autores: Y.J. Han, J.J. Shen, B.H. Zhang, S.Y. Yuan, W. Dong, Y. Cheng, L.L. Wu, Y. Peng, J.P. Oliveira, Y. Zhang, K.H. Wang

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464