Uso del ensayo de small punch como técnica screening en fabricación aditiva

La fabricación aditiva de componentes metálicos ha alcanzado la madurez necesaria para la cualificación de estos componentes para uso nuclear. Este proyecto se realiza en colaboración con el CIEMAT con el fin de cualificar componentes de acero 316L fabricados por métodos avanzados de fusión por lecho de polvo. La determinación de los parámetros mecánicos de estos materiales se hace mediante ensayos de impacto Charpy y tracción utilizando probetas normalizadas. En este proyecto se ha demostrado la viabilidad de una técnica novedosa, el ensayo de Small Punch, como técnica para cualificar componentes por fabricación aditiva. En el ensayo de Small Punch se utilizan probetas de 8mm de diámetro y 0.5mm de espesor, las cuales ensayadas por punzonado a una velocidad constante de 0.3mm/s. Del ensayo se obtiene la curva fuerza-deflexión que será utilizada para determinar las propiedades mecánicas del material. Se ha querido utilizar la técnica de Small Punch debido a sus múltiples ventajas, tales como la reutilización de probetas, el poco uso del material debido a sus dimensiones, la disminución del riesgo ante manipulación de materiales irradiados, y la posibilidad del estudio de zonas muy concretas de un material. Esta investigación ha cumplido con los objetivos inicialmente propuestos, dado que se han demostrado las buenas propiedades del material 316L debido a la fabricación aditiva y la viabilidad del ensayo de Small Punch como técnica screening para estos materiales. A partir de este ensayo, se han podido estudiar conceptos más específicos del material, como son el efecto de la temperatura sobre sus propiedades, el proceso de fabricación y sus variables más relevantes, y el efecto de la anisotropía.

The additive manufacturing of metallic components has reached the necessary maturity for the qualification of these components for nuclear use. This project is carried out in collaboration with CIEMAT to qualify 316L steel components manufactured by advanced powder bed fusion methods. The determination of the mechanical parameters of these materials is done by Charpy impact and tensile tests using standardized specimens. This project has demonstrated the feasibility of a novel technique, the Small Punch test, as a technique to qualify components by additive manufacturing. In the Small Punch test, 8 mm diameter and 0.5 mm thick specimens are used, which are tested by punching at a constant speed of 0.3 mm/s. From the test, the force-deflection curve is obtained, which will be used to determine the mechanical properties of the material. We wanted to use the Small Punch technique due to its multiple advantages, such as the reuse of specimens, the low use of the material due to its dimensions, the reduced risk of handling irradiated materials, and the possibility of studying very specific areas of material. This research has fulfilled the initially proposed goals since the good properties of the 316L material have been demonstrated due to the additive manufacturing and the viability of the Small Punch test as a screening technique for these materials. From this test, it has been possible to study more specific concepts of the material, such as the effect of temperature on its properties, the manufacturing process and its most relevant variables, and the effect of anisotropy.