La tecnología HIP a 1.400 grados centígrados revoluciona la producción en 3D en las industrias aeroespacial y protésica

‘Hipear’ una pieza metálica o cerámica o, lo que es lo mismo, someterla a 2.000 bar de presión y 1.400°C de temperatura mejora sus propiedades mecánicas como vida a fatiga, resiliencia o ductilidad. Si además las piezas de alto rendimiento están realizadas por fabricación aditiva o impresión 3D, el prensado isostático en caliente (del inglés Hot Isostatic Pressing, HIP) aporta grandes beneficios al eliminar la porosidad de los componentes de alto rendimiento destinados, sobre todo, para la industria sanitaria y aeroespacial.

El HIP es una tecnología que está llamada a revolucionar el mercado de impresión 3D, en plena expansión y que según varios estudios crecerá en torno a un 17% anual hasta 2025. En 2021 esta industria creció el 19,5%. “Aplicando HIP a las piezas metálicas fabricadas con impresión 3D conseguimos eliminar cualquier posible defecto en piezas destinadas a sectores muy exigentes como el espacial o el protésico”, explica Rubén García, HIP Project Manager de Hiperbaric.

En nuestro país, la empresa burgalesa Hiperbaric es la única compañía española que fabrica equipos de HIP. Hiperbaric diseña, fabrica y comercializa tecnología y equipos industriales de altas presiones. “HIP tiene un enorme potencial como tecnología de fabricación avanzada”, subraya Iñigo Iturriza, director de Materiales y Fabricación Aditiva de CEIT, Centro de Estudios de Investigaciones Técnicas, uno de las entidades pioneras en España en el uso de esta tecnología gracias a sus innovaciones en torno a materiales para impresión 3D.

La compañía inauguró en Burgos en 2021 el primer Centro de Innovación HIP que existe en el sur de Europa, en el que varios investigadores testean nuevos desarrollos de materiales mediante el HIP y trabajan en las oportunidades que esta tecnología aporta a la fabricación aditiva. “Como estamos tan metidos en el mundo del HIP y de la fabricación aditiva nos hemos convertido en usuario de la impresión 3D para hacer nuestros equipos de HIP”, indica García para, seguidamente, explicar las ventajas que les aporta. “En la máquina HIP que estamos construyendo ahora hemos sido capaces de diseñar un intercambiador por fabricación aditiva que enfría el contenido de la carga muy rápidamente”, sostiene.

Eliminación de defectos y diseños más ligeros

Además de mejorar las propiedades mecánicas, el HIP aumenta la resistencia frente a fatiga y da lugar a piezas con microestructura de grano fino con buenas propiedades mecánicas. Esta tecnología elimina la porosidad y otros defectos internos, da mayor consistencia a materiales de alto rendimiento, permite recuperar piezas defectuosas y hace posibles diseños más ligeros y de menor peso.

Además, tiene un componente sostenible de gran valor porque reduce el consumo de material y los costes asociados a los controles de calidad por la implementación de control estadístico por ensayos no destructivos (NDT), reduciendo el número de unidades que necesitan ser testadas. “Hoy en día todas las empresas aeronáuticas están haciendo esfuerzos por reducir peso en los aviones porque así disminuyen las toneladas de CO2 que emiten a la atmósfera”, añade García. Según explica, con la impresión 3D el sector tiene ahora ‘libertad absoluta de diseño geométrico’, lo que permite diseñar piezas que antes era imposible como es el caso de geometrías esqueléticas, con funcionalidades nuevas o huecas por dentro.

“La impresión 3D permite optimizar las piezas de tal forma que con un 60% del peso te hagan la misma función. Además, reduce también los desperdicios porque solo utilizas el material preciso para fabricar la pieza”, matiza García.

El HIP Project Manager de Hiperbaric recuerda que el sector aeronáutico es muy garantista y el HIP es para ellos un seguro de vida porque “si no pudieran hipear las piezas tal vez no se animarían a utilizarlas porque es difícil garantizar que no vayan a tener defectos”.

En este sentido, Hiperbaric mantiene una Alianza de Colaboración en I+D Industrial con Aenium, ingeniería especializada en tecnologías de Fabricación Aditiva y ciencias de materiales complejos, con quien está utilizando la tecnología HIP para postprocesar metales y aleaciones complejas de alto valor añadido y nuevos materiales para el sector aeronáutico.

Entre los materiales más utilizados en la industria aeronáutica se incluyen superaleaciones con base de Níquel como el Inconel (IN718/IN625), aleaciones de bajo peso de Titanio (Ti64, TiAl) o aleación de cobre-cromo-niobio desarrollada por la NASA: el GRCop-42.

Inicio en la industria de la energía nuclear

La tecnología HIP comenzó a desarrollarse en los años 50 en la industria de la energía nuclear en Estados Unidos para la unión de materiales similares que no se podían soldar porque tenían propiedades diferentes, pero sí unirlos por difusión con prensado en caliente. Desde entonces se han ido desarrollando aplicaciones para procesos de fabricación como la fundición o la metalurgia de polvos, entre otros, hasta llegar a la fabricación en 3D. “Creemos que en fabricación aditiva toda pieza que vaya a estar sometida a muchos esfuerzos desde un punto de vista mecánico llevará el HIP asociado”, añade García.

El HIP es una tecnología muy utilizada para automoción, sobre todo en vehículos deportivos y en equipos de Fórmula 1, y tiene todavía mucho recorrido para piezas cerámicas técnicas para satélite, bolas de rodamiento de cerámicas para el sector aeronáutico y para el automóvil eléctrico, lentes de telescopios o piezas para satélites. “En el espacio existen fortísimas variaciones térmicas y las piezas cerámicas hipeadas las soportan muy bien”, sentencia García.

HIP, tecnología punta para el sector médico-protésico

El mercado mundial de implantes médicos ha experimentado un crecimiento importante durante las últimas décadas y se espera que se siga incrementando en los próximos años. Además, este mercado va a experimentar una importante revolución debido a las posibilidades de personalización que permiten las nuevas tecnologías como la fabricación aditiva. Los implantes se adaptarán perfectamente a la anatomía de cada paciente incrementando el éxito de las cirugías y reduciendo la necesidad de rehabilitación.

El sector de implantes médicos se beneficia por completo de la libertad de diseño que ofrece la fabricación aditiva gracias al HIP. Es el caso de Optimus 3D, ingeniería especializada en tecnologías de fabricación aditivas, quien emplea tecnología HIP de Hiperbaric, ya que mejora la vida a fatiga al eliminar los defectos y poros internos que podrían provocar la aparición y propagación de grietas que terminarían provocando la rotura del implante. En algunos casos han conseguido alargar la vida del implante hasta 33 veces. La fabricación de implantes de cadera, implantes de rodilla, o implantes dentales se encuentran entre las aplicaciones clásicas del HIP para este sector.

Otra aplicación clásica se encuentra en ‘hipear’ piezas cerámicas para aplicaciones industriales, como realiza Nanoker, fabricante de productos y soluciones cerámicas técnicas avanzadas y nanocompuestas para diversas aplicaciones de alta gama, que también utiliza la tecnología HIP.

I+D de Hiperbaric aplicado a la tecnología HIP

El extenso know-how de Hiperbaric desarrollado a lo largo de los últimos 20 años, ha permitido a la empresa diseñar y desarrollar la tecnología de prensado isostático en caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP), en el marco de diferentes proyectos de investigación.

Uno de ellos es el  proyecto SmartMat para la investigación en nuevas tecnologías de producción de materiales avanzados, que contó con un presupuesto de 2,09 millones de euros. Otra de las investigaciones es XtremHIP, para el diseño de equipos HIP de altas prestaciones, con funcionamiento basado en tecnologías disruptivas, enfocado a las aplicaciones más exigentes en el campo de fabricación aditiva, materiales avanzados y nuevas aplicaciones, que alcanzó 1,2 millones de euros.

Ambos proyectos han sido financiados por el Instituto para la Competitividad Empresarial (ICE), de la Junta de Castilla y León, y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) - Una manera de hacer Europa.