Japón desafía los límites de la naturaleza y logra imprimir en 3D uno de los materiales más duros del mundo

La carrera por dominar los materiales más duros no es nueva. Desde herramientas de corte hasta componentes sometidos a fricción constante, la industria depende de compuestos capaces de resistir desgaste extremo sin perder propiedades mecánicas. Sin embargo, su propia dureza ha sido tradicionalmente un obstáculo a la hora de transformarlos.

En este trillado escenario, Japón ha introducido un enfoque distinto para trabajar uno de los compuestos más exigentes del sector industrial. La clave no ha estado en aumentar la potencia ni en aplicar más temperatura, sino en modificar la lógica del proceso para mantener intactas las propiedades del material.

¿Cuál es considerado uno de los materiales más duros del mundo y dificil de transformar?

El estudio fue publicado en la International Journal of Refractory Metals and Hard Materials y aborda un viejo problema industrial: cómo fabricar carburo de tungsteno con cobalto (WC-Co) sin asumir los elevados costes y pérdidas asociadas a los métodos convencionales.

El WC-Co forma parte de los materiales más duros utilizados en automoción, metalmecánica y fabricación de moldes. Su combinación de dureza extrema y resistencia al desgaste lo convierte en esencial para brocas, matrices de inyección y herramientas sometidas a condiciones severas.

El inconveniente es que su producción tradicional exige metalurgia de polvos y sinterizado a temperaturas y presiones elevadas.

Ese proceso implica partir de un bloque compacto y eliminar material hasta obtener la forma final. Aunque eficaz, genera residuos y desaprovecha tungsteno y cobalto, dos metales considerados críticos por su coste, su impacto ambiental y la tensión en las cadenas de suministro.

Durante años se asumió que la impresión 3D no era viable para este tipo de compuestos. La razón es técnica: al fundir completamente el WC-Co se producen defectos microestructurales, crecimiento de grano y pérdida de propiedades mecánicas.

Así fue como Japón logró imprimir en 3D uno de los materiales más duros

El equipo japonés optó por una estrategia distinta dentro de la fabricación aditiva. En lugar de fundir por completo el material, empleó un sistema que combina láser con hilo metálico precalentado. El objetivo es ablandar lo suficiente el compuesto para depositarlo capa a capa, pero sin llegar a descomponer su estructura interna.

Este detalle resulta determinante cuando se trabaja con materiales más duros. La fusión total altera la microestructura del carburo cementado y genera porosidad o debilitamiento.

Al evitar ese punto crítico, el proceso mantiene la integridad del WC-Co. Los investigadores ensayaron dos configuraciones principales:

• Un método en el que el vástago de carburo lidera el avance y recibe irradiación directa.
• Otro en el que el láser actúa entre el vástago y el sustrato metálico.

Ambas estrategias buscaban el mismo equilibrio térmico: superar el punto de fusión del cobalto, pero mantenerse por debajo del umbral que provoca crecimiento excesivo de grano o descomposición del carburo.

Tras varios ajustes, el equipo incorporó una capa intermedia de aleación basada en níquel para estabilizar el proceso y mejorar la cohesión entre capas. El control preciso de la temperatura fue el factor determinante para conservar las propiedades mecánicas.

La gran dureza de las piezas obtenidas

El dato más relevante del trabajo es el resultado final: las piezas obtenidas alcanzaron durezas superiores a 1.400 HV, valores comparables a los del WC-Co fabricado mediante técnicas tradicionales.

En el análisis microscópico no se detectaron defectos significativos, ni porosidad apreciable ni descomposición del carburo. Esto significa que la impresión 3D no redujo la calidad del compuesto, algo que hasta ahora había limitado el uso de fabricación aditiva en los materiales más duros.

El avance no fue inmediato. El método liderado por el vástago mostró problemas de degradación en capas superiores, mientras que el sistema dominado por láser tenía dificultades para mantener la dureza requerida. El equilibrio térmico final permitió resolver ambos inconvenientes.

Desde el punto de vista industrial, este resultado supone demostrar que la fabricación aditiva puede aplicarse a compuestos que parecían incompatibles con ella. No se trata solo de reproducir la dureza, sino de conservar la microestructura que la hace posible.

Fabricar solo donde hace falta: el impacto del WC-Co en metales críticos

Más allá de la dureza alcanzada, el cambio relevante está en la lógica productiva. Con este método es posible depositar WC-Co únicamente en las zonas funcionales de una pieza, en lugar de fabricar un bloque completo y mecanizarlo después.

Las implicaciones son claras y se detallan a continuación:

• Reducción de residuos de tungsteno y cobalto.
• Menor consumo energético por pieza útil.
• Optimización del uso de metales estratégicos.
• Posibilidad de crear estructuras híbridas con refuerzos localizados.

En un contexto de presión sobre las materias primas, esta aproximación resulta coherente con la tendencia hacia procesos de bajo residuo. El paso de «fabricar en bloque y recortar» a «construir solo lo necesario» cobra especial relevancia cuando se trabaja con los materiales más duros y costosos del mercado.

El método también podría aplicarse a otros compuestos difíciles de imprimir, como superaleaciones o materiales frágiles sometidos a ciclos térmicos agresivos. Aunque persisten retos (control de grietas en geometrías complejas y escalabilidad industrial), el estudio marca una dirección clara.

No se trata de una revolución inmediata en las fábricas, sino de un avance técnico que amplía el alcance de la fabricación aditiva.

Y es que, en sectores donde cada gramo de metal crítico cuenta, la posibilidad de imprimir en 3D materiales de este estilo sin comprometer su rendimiento introduce así una nueva variable en la planificación industrial.