Innovaciones que transforman la sustentabilidad en la manufactura

La espuma metálica contiene hasta un 90 % de aire y contribuye a que las máquinas sean más eficientes, ligeras y estables. Su fabricación con aleaciones de aluminio se basa en un proceso similar al del pan horneado: se requieren polvo metálico, agente espumante y calor.

La transición hacia procesos más sostenibles en el sector metalmecánico requiere no solo ajustes en la cadena de proveeduría, sino una renovación profunda en los materiales empleados.

Los desarrollos presentados en torno a la espuma metálica y la sustitución de sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) representan avances significativos. Ambas tecnologías se integran en componentes críticos de maquinaria, con impacto directo en la eficiencia térmica, la rigidez estructural y la huella ecológica de los procesos.

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Espuma metálica: diseño estructural eficiente y reciclabilidad

Inspirada en estructuras naturales como el hueso o la madera, la espuma metálica está compuesta por aire hasta en un 90 %. Esta estructura celular altamente porosa permite absorber energía mecánica y vibraciones, lo que la convierte en un material idóneo para la fabricación de componentes de máquinas-herramienta. Su aplicación en portaherramientas, portaejes o cambiadores de herramienta reduce el peso de los conjuntos sin comprometer la rigidez ni el desempeño.

La producción de espumas metálicas, particularmente las de aluminio, se basa en un proceso que recuerda la elaboración del pan: polvo metálico, un agente espumante y calor. A escala industrial, esto se logra al mezclar una aleación de aluminio con el agente espumante, y luego de compactarlo, extruir la mezcla en secciones aptas para expandirse térmicamente. Estas secciones se colocan entre dos hojas metálicas para formar estructuras tipo “sándwich”.

La espuma de aluminio se fabrica en forma de estructuras tipo “sándwich”. La unión entre materiales es completamente metálica, sin adhesivos, lo que facilita su reciclaje en ciclos convencionales de acero y aluminio.

El uso de estructuras tipo “sándwich” con núcleo de espuma permite reemplazar piezas macizas y obtener una rigidez a la flexión superior o mantenerla con una reducción de peso de hasta 30 %. Además, la capacidad de amortiguamiento del núcleo de espuma mejora la estabilidad operativa de las máquinas en condiciones variables de carga y vibración. En términos ambientales, la ausencia de adhesivos facilita el reciclado de estos componentes en ciclos metálicos convencionales.

Manufactura aditiva y evaluación funcional

La fabricación aditiva de materiales híbridos porosos (HyPo) permite producir componentes con cámaras de aire controladas y distribución graduada de la porosidad. A diferencia de los procesos tradicionales de espumado, el diseño en 3D posibilita una adaptación precisa a los requerimientos estructurales y funcionales de cada aplicación. Esto resulta especialmente útil en componentes como portaherramientas o bastidores, en los que la rigidez, el balance térmico y la amortiguación son fundamentales.

Investigaciones realizadas por el Instituto Leibniz y el Instituto Fraunhofer han evaluado el comportamiento de componentes fabricados con materiales HyPo en condiciones de mecanizado real. Las pruebas en procesos de fresado que han permitido analizar el desempeño frente a esfuerzos mecánicos y térmicos, han validado mejoras en rigidez estructural, amortiguación y comportamiento termoelástico. Estas características redundan en mayor estabilidad dimensional y menor desgaste durante el ciclo de trabajo.

Hacia una sustitución responsable de los PFAS

Las sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) son ampliamente utilizadas en entornos industriales debido a su resistencia química, térmica y al desgaste. Sin embargo, su persistencia en el ambiente ha motivado una búsqueda activa de alternativas más sostenibles. Aunque la sustitución 1:1 no es viable en la mayoría de los casos, se han identificado polímeros de alto desempeño como PEEK, PEI y PPS que pueden cumplir con requisitos moderados de temperatura o fricción.

Para producir espuma de aluminio se mezcla un polvo de aleación con un agente espumante, se precompacta mediante prensas axiales y se extruye en secciones espumables. Estas se colocan entre dos placas metálicas separadas y, tras un tratamiento térmico, la espuma se expande y se adhiere firmemente a las placas para formar una estructura compuesta, resistente y ligera.

Expertos del Instituto Fraunhofer destacan que la clave para sustituir PFAS está en evaluar caso por caso, según las condiciones de operación reales. En muchas aplicaciones es posible replantear el diseño del componente para prescindir de los PFAS sin afectar su función, especialmente en máquinas que operan con medios menos agresivos o en entornos de temperatura controlada.