De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA desenvolveram um método de agitação a laser para manufatura aditiva de metais, resolvendo um obstáculo de longa data na produção de ligas de alta entropia (HEA): alcançar a mistura homogênea de diferentes metais em nível atômico durante o processo de solidificação.
As ligas de alta entropia contêm proporções aproximadamente iguais de vários metais, ao contrário das ligas tradicionais, que têm um único metal como matriz com adições mínimas. Essa composição lhes confere vantagens de desempenho em altas temperaturas, tornando-as materiais candidatos para motores a jato e componentes de reatores nucleares. No entanto, os metais constituintes possuem densidades, pontos de fusão e tensões superficiais diferentes, o que faz com que tendam a se separar em regiões discretas durante o resfriamento do fundido, complicando a produção.
"As ligas de alta entropia precisam ser misturadas em nível atômico", afirmou Fan Zhang, físico do NIST que co-liderou o projeto. "Fazer com que os metais se misturem nessas proporções exige esforço adicional."
A impressão 3D de metais oferece um caminho potencial para contornar as limitações da fundição. "É difícil fabricar peças de ligas de alta entropia usando métodos tradicionais como fundição", disse Zhang. "Mas acreditamos que a impressão 3D de metais pode ser uma solução."
Reescrevendo o caminho do laser
O método da equipe do NIST modifica a forma como o laser se move durante o processo de fusão em leito de pó a laser. Em vez de fazer o laser percorrer caminhos retilíneos tradicionais sobre o leito de pó, o pesquisador Ho Yeung guiou o laser ao longo de trajetórias anulares elípticas, agitando ativamente a poça de fusão à medida que ela se formava.
"O software de impressoras 3D comerciais não consegue gerar esses caminhos", explicou Yeung. "Os ajustes que eles permitem para o caminho do laser são muito limitados, então tivemos que escrever o software do zero."
Como a técnica não requer novo hardware, impressoras 3D de metal existentes podem, em princípio, ser reprogramadas para utilizá-la.
O método foi testado combinando dois materiais com propriedades significativamente diferentes: RHEA-19 (uma liga de alta entropia densa) e uma liga de titânio leve. Para confirmar o sucesso da mistura, o NIST colaborou com a Fonte Avançada de Fótons (APS) do Laboratório Nacional de Argonne — uma instalação de síncrotron do tamanho de um estádio que produz feixes de raios X cerca de 500 bilhões de vezes mais brilhantes que os usados em imagens odontológicas. Esses feixes permitiram que os pesquisadores observassem, em tempo real e em menos de um segundo, as mudanças na estrutura atômica dos metais durante a transição do estado líquido para o sólido.
"A APS é uma das poucas fontes de fótons no mundo poderosa o suficiente para nos permitir fazer esse tipo de medição", disse Zhang.
Rumo à liga sob demanda
Além das ligas de alta entropia, os pesquisadores afirmam que a técnica de agitação também pode suportar uma liga sob demanda mais ampla dentro da impressora — misturando pós de metais elementares em vez de depender de matéria-prima pré-ligada. Uma máquina equipada com pós elementares poderia produzir uma série de ligas, reduzindo assim os custos de material e expandindo a gama de composições imprimíveis.
O método também pode ser usado para alterar continuamente a composição da liga dentro de uma mesma peça — por exemplo, uma pá de turbina a jato poderia ser impressa com vários metais sem a necessidade de juntas soldadas.
"Queremos acelerar a fabricação de ligas", disse Yeung. "A impressão 3D de metais tem o potencial de fabricar peças que antes eram impossíveis de serem feitas."
Esta pesquisa foi publicada na revista Additive Manufacturing.
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