A manufatura aditiva deve revolucionar o cenário industrial. Porém, segundo a Johns Hopkins, um grande desafio da tecnologia é a ocorrência de defeitos durante o processo de fabricação, que podem comprometer a resistência e a confiabilidade dos componentes. Pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada (APL) da Johns Hopkins estão abordando essa questão desenvolvendo sensores avançados capazes de detectar esses defeitos em tempo real, durante o próprio processo de fabricação.

A equipe APL, liderada por Vince Pagán e Morgan Trexler, fez avanços significativos no tratamento de defeitos que surgem durante a fusão do leito de pó. Um problema comum durante esse processo é a formação de defeitos tipo buraco de fechadura – pequenas bolhas de vapor presas no metal em solidificação, enfraquecendo sua integridade estrutural. Esses defeitos ocorrem quando o laser transmite energia excessiva muito rapidamente – criando instabilidades no metal fundido.
Fazendo analogias com a natureza, como identificar rochas submersas em rios através da observação de perturbações na superfície, a equipe do APL desenvolveu um método para detectar defeitos potenciais monitorando anomalias térmicas e espectrais durante o processo de fabricação. Eles levantaram a hipótese de que, ao pausar brevemente o laser quando essas anomalias são detectadas, o metal pode esfriar o suficiente para evitar a formação de bolhas de vapor.

A inovação veio do desenvolvimento de sensores personalizados que poderiam responder em microssegundos – crucialmente rápido, visto que na AM os materiais solidificam milhares de vezes mais rápido do que nos processos tradicionais. Esses sensores, desenvolvidos em colaboração com Mark Foster da Universidade Johns Hopkins e sua equipe, são equipados com fotodiodos em vários comprimentos de onda e possuem frequências de amostragem aprimoradas. Esta configuração permite a captura de dados em alta resolução sobre a dinâmica da poça de fusão – crucial para a detecção precoce de defeitos.
Na prática, os sensores são integrados em uma estrutura de controle que se comunica diretamente com o laser – instruindo-o a desligar momentaneamente se for detectado calor excessivo. Este sistema de resposta rápida, que pode atuar entre 10 e 20 milionésimos de segundo, baseia-se em tecnologia adaptada de sistemas de defesa antimísseis. A agilidade destes sistemas na resposta às entradas de dados é fundamental para o seu sucesso na prevenção de defeitos.
A equipe da APL demonstrou com sucesso a capacidade do sistema de responder em menos de um microssegundo – significativamente mais rápido do que os processos físicos que está monitorando. Esse recurso permite que o sistema resolva preventivamente possíveis defeitos, garantindo a integridade do produto final.
Olhando para o futuro, a equipe planeja incorporar inteligência artificial ao sistema para aumentar a velocidade e a precisão do ciclo de feedback, permitindo potencialmente ajustes em tempo real durante o processo de fabricação. Este desenvolvimento promete não só melhorar a fiabilidade da produção aditiva na produção de componentes isentos de defeitos, mas também preparar o terreno para uma adoção mais ampla desta tecnologia em vários setores críticos. Para saber mais sobre a técnica acesse o site.
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