De acordo com a Cornell University, pesquisadores descobriram uma maneira de controlar transformações na solidificação de metais impressos em 3D ajustando a composição da liga – levando, em última análise, a peças de metal mais fortes e confiáveis. As descobertas, publicadas na Nature Communications, oferecem uma visão sem precedentes das mudanças de fase que ocorrem durante o processo de impressão 3D e podem melhorar os materiais usados para AM.
“Um grande problema é que a maioria dos materiais que imprimimos formam estruturas semelhantes a colunas que podem enfraquecer o material em certas direções”, disse Atieh Moridi, autor sênior do artigo, professor assistente e membro da Aref and Manon Lahham Faculty Fellow na Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, na Cornell Engineering. “Descobrimos que, ajustando a composição das ligas, podemos essencialmente romper essas estruturas semelhantes a colunas e fazer um material mais uniforme.”
Ao ajustar as quantidades relativas de manganês e ferro no material inicial, a equipe interrompeu o crescimento dos grãos colunares, reduziu significativamente o tamanho dos grãos e melhorou o limite de escoamento do metal acabado.
“Características microestruturais, como tamanho de grão, são os blocos de construção que governam o desempenho e as propriedades do material”, disse Moridi. “A composição do material controla a estabilidade da fase, que foi a chave para controlarmos a microestrutura.”
As estruturas de grãos em forma de coluna se formam e crescem em apenas uma fração de segundo durante a mudança de fase no processo de impressão, razão pela qual os cientistas tinham lutado anteriormente para estudar esse fenômeno, disse o primeiro autor do estudo, Akane Wakai. “A parte difícil foi tentar resolver esses intervalos de tempo muito curtos em que o material vai do estado líquido para o estado sólido”, disse Wakai. O produto final não tem nenhuma impressão digital de seu estado anterior, então é como tentar descobrir como era um floco de neve a partir de uma gota de água derretida.
A equipe superou esse obstáculo utilizando a Cornell High Energy Synchrotron Source para obter dados de frações de segundo sobre seus materiais durante o processo de impressão. Na amostra de melhor desempenho, “encontramos evidências de uma fase intermediária que pode ajudar a romper esses grãos semelhantes a colunas e refinar a estrutura do grão”, disse Moridi.
Entender as propriedades do material da liga inicial e as mudanças de fase resultantes pode representar uma nova base para a escolha do metal para impressão 3D.
“As descobertas desta pesquisa podem ser usadas para aplicações da vida real para criar materiais mais confiáveis que permitam um desempenho ainda melhor”, disse Wakai. “Não muito longe no futuro, começaremos a ver peças de metal impressas em 3D, mesmo em produtos de consumo como carros ou eletrônicos.”
Os colaboradores incluíram pesquisadores da NASA e da Universidade de Pittsburgh. O financiamento para o trabalho veio do Departamento de Energia dos EUA , da National Science Foundation e da NASA. Para saber mais sobre o estudo da Cornell acesse o site.
