A manufatura aditiva de metais (MA) possui o potencial de imprimir formas complexas e propriedades mecânicas únicas em estruturas metálicas, mas sua aplicação em larga escala na manufatura é limitada pela compreensão insuficiente do comportamento do processo de impressão 3D, resultando em baixa confiabilidade técnica e qualidade de peças comprometida.
O grupo de Ensaios Não Destrutivos (END) do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) está trabalhando ativamente para solucionar esse problema. Esse grupo desenvolveu um método pioneiro para estudar a evolução de materiais e estruturas durante o processo de impressão na manufatura aditiva de metais. A tecnologia END infere informações e reconstrói imagens de estruturas internas, passando sinais como raios X, ultrassom ou corrente elétrica através de um objeto e observando as mudanças nesses sinais. Isso é crucial para o controle de qualidade de todas as peças fabricadas e também pode ajudar a detectar problemas de impressão precocemente na manufatura aditiva de metais.
A maioria das tecnologias de manufatura aditiva de metais depende do calor para unir os materiais. Os metais são sensíveis ao calor e mudanças estruturais significativas ocorrem durante a impressão. A difusão de calor afeta a adesão do material, podendo levar facilmente a defeitos e à instabilidade da qualidade do produto. Atualmente, a maioria das tecnologias END tem dificuldade em penetrar as fontes de calor e só consegue detectar o calor superficial. A equipe utilizou monitoramento por correntes parasitas para determinar a temperatura interna de peças fabricadas por manufatura aditiva de metal por fusão seletiva a laser (LPBF). Sensores de correntes parasitas, sensíveis à condutividade dependente da temperatura, fornecem informações de temperatura localizadas em tempo real dentro da estrutura. Simulações realizadas por colaboradores da Universidade Estadual de Michigan demonstraram a viabilidade desse método, e a equipe publicou um artigo após a validação experimental. O Dr. Ethan Rosenberg, pesquisador de pós-doutorado no MED, afirmou que esta é a primeira vez que sensores de correntes parasitas foram utilizados para observar um processo térmico rápido e fora do equilíbrio, semelhante ao da manufatura aditiva de metal. Rosenberg está liderando pesquisas subsequentes, empregando condições de teste mais realistas.
Joe Tringe, líder do grupo de END (Ensaios Não Destrutivos), lançou o primeiro projeto de Pesquisa e Desenvolvimento Guiado por Laboratório (LDRD) em 2018 e continua a expandi-lo desde então. O projeto inicial demonstrou que características de ondas milimétricas podem caracterizar efetivamente a forma de gotas individuais em processos de aspersão de metal líquido, coletando dados para treinar algoritmos de aprendizado de máquina para prever a forma das gotas. Projetos subsequentes expandiram-se para tomografia de resistividade, tomografia computadorizada de raios X, ultrassom e detecção de nêutrons, com foco em geometrias complexas, como estruturas de rede cristalina. A equipe também utiliza técnicas de ensaio não destrutivo para examinar parâmetros de processamento na manufatura aditiva de metais a laser, como o tratamento ultrassônico. Em um estudo recente publicado na revista *Communications Materials*, a equipe e colaboradores demonstraram que imagens de raios X de alta velocidade obtidas por sincrotron podem ser usadas para medir defeitos, auxiliando os fabricantes a otimizar processos e melhorar a qualidade das peças.
A equipe planeja continuar desenvolvendo, aprimorando e promovendo técnicas de ensaio não destrutivo para manufatura aditiva de metais, treinando algoritmos de aprendizado de máquina para monitoramento em tempo real e correção de erros, visando melhorar as taxas de sucesso de impressão. As informações coletadas são cruciais para a ampla aplicação de ensaios não destrutivos na manufatura aditiva de metais e têm como objetivo aumentar a conscientização sobre as oportunidades nesse campo emergente.
