Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Fabricación aditiva de aleación de magnesio WE43 para el sector del transporte y el sector biomédico
Autor
PEZUELA FERREIRA, JORGE DE LA
Director
RAMS RAMOS, JOAQUÍN
Codirector
TORRES BARREIRO, BELÉN
Fecha de depósito
24-03-2026
Periodo de exposición pública
25 de marzo a 15 de abril de 2026
Fecha de defensa
Sin especificar
Programa
Tecnologías industriales, Química, Ambiental, Energética, Electrónica, Mecánica, y de los materiales
Mención internacional
Solicitada
Resumen
La presente tesis doctoral aborda de forma integral el estudio de la fabricación aditiva mediante fusión láser en lecho de polvo (LPBF) aplicada a la aleación de magnesio WE43 con el objetivo de evaluar su viabilidad en aplicaciones estructurales pertenecientes a los sectores del transporte y biomédico. El trabajo se centra en la optimización de los parámetros de procesado, el análisis microestructural y mecánico del material, la evaluación de su comportamiento frente a la corrosión y el desgaste, y la caracterización funcional de geometrías complejas, como stents y estructuras tipo lattice.
En primer lugar, se llevó a cabo la optimización de los parámetros de fabricación, analizando la influencia de la potencia del láser, la velocidad de escaneado y la distancia entre pasadas sobre la densificación final de las piezas. Las condiciones óptimas, correspondientes a una potencia de 300 W y una velocidad de 800 mm/s, permitieron obtener componentes con densidades relativas superiores al 99 % y porosidades inferiores al 0,1 %. Se observó que potencias excesivas provocaban evaporación localizada y formación de partículas metálicas en suspensión, lo que reducía la eficiencia de consolidación del material. Estos resultados confirmaron la capacidad del proceso LPBF para producir componentes de aleación WE43 con alta resolución geométrica y baja defectología.
El estudio microestructural reveló que la condición as-built presenta granos finos de tamaño inferior a 10 μm y fases intermetálicas ricas en itrio y neodimio (Mg24Y5 y Mg41Nd5) distribuidas heterogéneamente en los límites de grano. La aplicación de tratamientos térmicos permitió modificar sustancialmente la microestructura: la solubilización homogeneizó la matriz y redistribuyó los elementos de aleación, mientras que el envejecimiento artificial (T6) promovió la precipitación de partículas finas y homogéneas, mejorando la resistencia mecánica, la estabilidad térmica y la dureza del material.
El análisis tribológico y electroquímico mostró una clara influencia de los tratamientos térmicos en las propiedades del material. Las muestras envejecidas (T6) exhibieron un coeficiente de fricción más estable y una menor tasa de desgaste debido a la formación de una película superficial continua de óxidos de Mg, Y y Nd. Asimismo, los ensayos de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y polarización revelaron un incremento significativo de la resistencia a la corrosión tras los tratamientos térmicos asociado a la formación de una capa protectora más densa y adherente. En contraste, las muestras en estado as-built presentaron una película más porosa y menos estable, consecuencia de la segregación de fases secundarias y de la presencia de micropares galvánicos.
De manera complementaria, se estudiaron diversos tratamientos superficiales y recubrimientos sol-gel, con el propósito de optimizar la rugosidad superficial y la protección frente a la corrosión. La combinación de pulido químico y recubrimiento permitió obtener superficies más homogéneas y con una mayor estabilidad electroquímica, representando un avance relevante hacia la mejora del comportamiento del material en entornos fisiológicos y su potencial uso en aplicaciones médicas.
La fabricación de stents de aleación WE43 mediante LPBF demostró la precisión y versatilidad del proceso para la reproducción de geometrías tubulares complejas con adecuada continuidad estructural. Los tratamientos térmicos modificaron significativamente el comportamiento mecánico y electroquímico de los stents, siendo la condición T6 la que ofreció la combinación más favorable de ductilidad, estabilidad microestructural y resistencia a la degradación. Adicionalmente, el desarrollo de diseños con configuración auxética puso de manifiesto la capacidad del proceso LPBF para generar estructuras con comportamiento mecánico adaptativo, orientadas al diseño de dispositivos con respuesta funcional avanzada.
Por último, las estructuras tipo lattice fabricadas en WE43 evidenciaron la estrecha relación entre microestructura, tratamiento térmico y acabado superficial. Las muestras en estado as-built mostraron un comportamiento más frágil y una menor resistencia, mientras que las tratadas térmicamente alcanzaron mayores resistencias y deformaciones homogéneas, derivadas de una redistribución uniforme de los precipitados y una mejor cohesión en los struts. Además, se determinó que los tiempos de pulido intermedios, entre 360 y 600 s, optimizan la densidad relativa sin comprometer la integridad geométrica de la estructura.
En conjunto, los resultados obtenidos en esta investigación demuestran que la fabricación aditiva por LPBF permite controlar de forma precisa la microestructura y las propiedades finales de la aleación WE43. La integración de estrategias de optimización del proceso, tratamientos térmicos y recubrimientos superficiales posibilita alcanzar un equilibrio entre resistencia mecánica, comportamiento tribológico y resistencia a la corrosión. Estas características posicionan al WE43 como un material idóneo para el desarrollo de componentes ligeros, funcionales y biodegradables, consolidando su potencial para aplicaciones avanzadas tanto en la industria del transporte como en el campo biomédico.
