Por favor, avalie esta postagem
Nos últimos anos, a impressão 3D com plásticos avançou rapidamente. Agora, uma equipe de pesquisadores mostrou que em breve poderá ser tão fácil e prático usar metais com impressão 3D.
Liderada por Jan Schroers, professor de engenharia mecânica e ciência de materiais de Yale, a equipe de pesquisa usou uma nova abordagem para imprimir objetos em 3D a partir de vidro metálico – um material relativamente novo, mais forte até mesmo do que os melhores metais, mas com a flexibilidade do plástico. Os resultados são publicados em Materials Today.
Como os metais geralmente não existem em um estado que permita sua extrusão imediata, a impressão 3D de metais ainda é desafiadora e limitada. Os vidros metálicos a granel (BMGs), no entanto, podem sofrer amolecimento contínuo após aquecimento, um fenômeno presente nos termoplásticos, mas não nos metais convencionais. Os BMGs devem suas propriedades às suas estruturas atômicas únicas: quando os vidros metálicos esfriam de um líquido para um sólido, seus átomos se acomodam em um arranjo aleatório e não cristalizam como os metais tradicionais.
A equipe, que também inclui pesquisadores da empresa Desktop Metal Inc., e MITmostrou que os BMGs podem ser usados na impressão 3D para gerar componentes metálicos sólidos e de alta resistência em condições ambientais semelhantes às da impressão 3D termoplástica.
“Foi até surpreendente para nós o quão prático esse processo é depois que descobrimos as condições de processamento”, disse Schroers.
A fabricação aditiva de componentes metálicos já foi feita anteriormente, utilizando aquecimento e solidificação altamente localizados de metal em pó, moldando-o na estrutura desejada. O processo, no entanto, é caro e complicado – e muitas vezes não produz as propriedades desejáveis.
A descoberta dos pesquisadores reduz enormemente os custos e recursos envolvidos ao explorar o comportamento de amolecimento dos BMGs. Isso poderia eliminar compromissos na escolha de componentes termoplásticos em vez de componentes metálicos para uma variedade de materiais e aplicações de engenharia.
A equipe se concentrou em um material BMG bem caracterizado e prontamente disponível, feito de zircônio, titânio, cobre, níquel e berílio. A equipe também mostrou teoricamente que uma gama mais ampla de BMGs pode ser impressa com este método.
Os pesquisadores usaram hastes amorfas de 1 milímetro de diâmetro e 700 mm de comprimento. Uma extrusão temperada de 460 graus Celsius (730 graus Fahrenheit) e uma força de extrusão de 10 a 1000 Newtons para forçar as fibras amolecidas através de um bico de 0,5 mm de diâmetro. Ao caracterizar as peças impressas do BMG, a equipe ficou bastante surpresa.
“Esperávamos alta resistência na orientação paralela à impressão, mas ficamos muito surpresos com a resistência na orientação perpendicular”, disse Jittisa Ketkaew, coautora e estudante de pós-graduação no laboratório Schroers.
Punnathat Bordeenithikasem, coautor e recém-formado em Yale, disse que a capacidade de imprimir peças metálicas em 3D com a mesma facilidade que os termoplásticos revolucionará o campo da fabricação aditiva de metal.
“Além da prototipagem, as propriedades alcançáveis das peças impressas, acompanhadas pela versatilidade no design das peças, tornam esta tecnologia de impressão 3D adequada para a fabricação de componentes de alto desempenho para aplicações médicas, aeroespaciais e espaciais”, disse Bordeenithikasem, atualmente pós-doutorado no NASA Laboratório de Propulsão a Jato, Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Referência: “Impressão 3D de metais como termoplásticos: fabricação de filamentos fundidos de vidros metálicos” por Michael A. Gibson, Nicholas M. Mykulowycz, Joseph Shim, Richard Fontana, Peter Schmitt, Andrew Roberts, Jittisa Ketkaew, Ling Shao, Wen Chen, Punnathat Bordeenithikasem , Jonah S. Myerberg, Ric Fulop, Matthew D. Verminski, Emanuel M. Sachs, Yet-Ming Chiang, Christopher A. Schuh A. John Hart e Jan Schroers, 26 de julho de 2018, Materiais hoje.
DOI: 10.1016/j.mattod.2018.07.001