Universidade Johns Hopkins desenvolve estrutura térmica para extrusão estável de metal alumínio

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, desenvolveram uma estrutura de processo baseada em informações térmicas e simulação para a fabricação aditiva por extrusão de metal de estruturas de liga de alumínio de parede fina. Essa estrutura resolve dois modos de falha térmica que anteriormente limitavam a confiabilidade dessa tecnologia em metais de alto ponto de fusão.

O estudo aponta que definir a temperatura de operação próxima ao ponto de fusão da matéria-prima oferece vantagens de eficiência e custo em comparação com os processos de fusão em leito de pó e deposição direta de energia. No entanto, devido à baixa viscosidade, alta condutividade térmica e alta tensão superficial de ligas reativas e de alto ponto de fusão, como o alumínio, durante a fabricação aditiva por extrusão de metal (MEAM), a janela de processo torna-se estreita.

O professor assistente da Universidade Johns Hopkins, Jochen Mueller, afirmou que a equipe de pesquisa introduziu essa estrutura de fabricação aditiva por extrusão de metal, que, ao controlar com precisão vários parâmetros do processo, é capaz de eliminar problemas de entupimento do bico e colapso das peças, permitindo assim a impressão estável e de alta fidelidade de alumínio de parede fina.

Os pesquisadores identificaram o subaquecimento e o superaquecimento como os dois principais modos de falha térmica em metais de alto ponto de fusão no MEAM. O subaquecimento ocorre porque, à medida que a altura de construção aumenta, o calor se dissipa através das camadas já depositadas, levando à solidificação prematura e ao entupimento da ponta do bico. Já o superaquecimento ocorre quando a velocidade de extrusão excede a capacidade de resfriamento da camada depositada, causando refusão e colapso da estrutura.

Para lidar com os dois modos de falha, a equipe ajustou a temperatura da mesa de impressão camada por camada, mantendo constantes a temperatura do bico e a velocidade de impressão, e adotou um critério baseado no tempo para determinar o tempo mínimo de resfriamento necessário para que cada camada atinja a linha solidus antes de continuar a deposição. Utilizando arame de liga de alumínio ER4043 como matéria-prima (contendo aproximadamente 5% de silício e 95% de alumínio em peso), a estrutura produziu estruturas de parede fina com rugosidade superficial consistente e geometria repetível em toda a altura de construção. Os pesquisadores avaliaram as peças resultantes por meio de caracterização microestrutural e testes mecânicos, demonstrando o método em estruturas de múltiplas escalas e geometrias complexas variadas.