Equipa de investigação chinesa fabrica espelhos de carboneto de silício com tecnologia de impressão 3D por jato de aglutinante

De acordo com pt.wedoany.com-Investigadores do Instituto de Ótica, Mecânica de Precisão e Física de Changchun, da Academia Chinesa de Ciências, da Universidade da Academia Chinesa de Ciências e do Centro de Engenharia e Tecnologia para Aplicações Espaciais da Academia Chinesa de Ciências fizeram novos progressos no fabrico de espelhos de carboneto de silício utilizando a tecnologia de impressão 3D por jato de aglutinante. O estudo propõe um método para melhorar o fabrico de espelhos óticos de carboneto de silício através da adição de grafite.

O carboneto de silício é o principal material para espelhos óticos espaciais de alto desempenho devido à sua elevada rigidez específica, baixo coeficiente de expansão térmica e alta condutividade térmica. Os métodos de fabrico tradicionais têm dificuldade em satisfazer os requisitos de design de leveza e geometrias complexas. A tecnologia de fabrico aditivo permite produzir estruturas cerâmicas complexas sem moldes, entre as quais o processo de jato de aglutinante se tem desenvolvido rapidamente devido à sua alta precisão e eficiência. No entanto, as peças em verde de carboneto de silício preparadas por este processo apresentam alta porosidade e baixa densidade, resultando num elevado teor de silício residual após a infiltração reativa por fusão e num desempenho global insuficiente do material.

A equipa de investigação explorou estratégias de otimização de pós compósitos, incorporando grafite em diferentes formas, como nanoescala, microescala, lamelar e fibrosa, na matéria-prima de pó de carboneto de silício. Entre os tipos de grafite avaliados, a grafite lamelar apresentou os melhores resultados, aumentando a densidade da pré-forma de 1,24 g/cm³ para 1,34 g/cm³, reduzindo o teor de silício residual em 18,18% e aumentando a densidade global em quase 6%. As propriedades mecânicas e térmicas também foram melhoradas, com uma resistência à flexão de 268 MPa, um módulo de elasticidade de 330 GPa e uma condutividade térmica de 127 W/(m·K).

Os testes óticos realizados nos espelhos de geometria complexa fabricados mostraram que a rugosidade superficial após o acabamento final foi de 0,772 nm RMS e a precisão de forma foi de 12,05 nm RMS. O método alcançou um desvio de precisão no controlo dimensional inferior a 0,5% e níveis de porosidade consistentes entre as amostras.

Este estudo, intitulado "Binder jetting additive manufacturing of high-performance silicon carbide optical mirrors via graphite addition method", foi publicado na revista Light: Advanced Manufacturing em março de 2026. O método fornece uma rota de fabrico near-net-shape para espelhos de carboneto de silício, otimizando a densidade da pré-forma impressa em 3D através da adição de grafite, reduzindo o teor de silício residual em 18,18% e atingindo uma rugosidade superficial de 0,772 nm RMS, concretizando assim o fabrico por jato de aglutinante de espelhos de carboneto de silício de alto desempenho.