Los antiguosherrerossólo podían influir en las propiedades de las aleaciones de hierro a través de su contenido en carbono. Así se obtenía un acero blando y resistente o duro pero quebradizo. Sin embargo, un material duro y resistente era especialmente demandado para las espadas. Para superar este inconveniente, los herreros celtas combinaron diferentes aleaciones de hierro para producir el material que más tarde se conocería como acero de Damasco o damasco. Debe su nombre al centro comercial a través del cual llegó a Europa este material compuesto de origen oriental. Sin embargo, mientras que el damasco indio y árabe se creaba mediante un sofisticado proceso de fundición, los herreros europeos desarrollaron el arte de plegar dos aleaciones en muchas capas finas.
Hoy en día, existen aleaciones de hierro que son duras y resistentes, pero suelen ser difíciles de procesar con impresoras 3D. Un equipo del Instituto Max Planck de Investigación del Hierro de Düsseldorf y del Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser de Aquisgrán ha desarrollado ahora un proceso que permite fabricar acero capa por capa en una impresora 3D y ajustar la dureza de cada capa individual de forma selectiva, lo que hace posible producir acero de Damasco. La microestructura de cada una de las capas se modifica durante el proceso de impresión en 3D, de modo que el componente final tiene las propiedades deseadas sin ningún tratamiento térmico posterior del acero. La aleación correspondiente se suministra finamente pulverizada, se funde mediante un rayo láser y, a continuación, se aplica capa por capa a la pieza que se va a fabricar. Sin embargo, el rayo láser no sólo funde el material. También puede utilizarse para calentar la capa superior del metal ya resolidificado. Esto es precisamente lo que el equipo utilizó para cambiar específicamente la estructura cristalina del acero en capas metálicas individuales e influir así en las propiedades mecánicas sin cambiar la composición química.
Primer plano del típico patrón de Damasco. Recuerda a las vetas de la madera. Se forjó de forma convencional y no procede de una impresora 3D.
Cuchillos con hojas de diferentes aceros. La hoja Damasco en el centro, las hojas convencionales a izquierda y derecha
Para ello, desarrollaron una aleación especial compuesta de hierro, níquel y titanio. Inicialmente, esta aleación es relativamente blanda, pero en determinadas condiciones se forman pequeñas microestructuras de níquel y titanio que dificultan la deformación plástica y garantizan una dureza particular. Para crear estas estructuras, los investigadores interrumpieron el proceso de impresión durante cierto tiempo después de cada nueva capa aplicada. Esto permitió que el metal se enfriara por debajo de los 195 grados centígrados. Por debajo de esta temperatura, comienza en el acero una transformación de la estructura cristalina, creándose la llamada fase martensita, y sólo en esta fase pueden formarse las microestructuras de níquel-titanio. Sin embargo, para que los precipitados se formen realmente, es necesario recalentarlos. Para ello, los investigadores utilizan la energía láser con la que se imprime la siguiente capa. En cambio, las capas que se recubrieron directamente con la siguiente capa sin ruptura siguen siendo más blandas porque en esta fase aún no están presentes como martensita. Las pruebas han confirmado una excelente combinación de resistencia y ductilidad. Estos materiales compuestos podrían ser interesantes para la impresión 3D de componentes o herramientas aeroespaciales, entre otras cosas.
