Pesquisadores do Purdue Applied Research Institute (PARI) estão desenvolvendo processos para imprimir cerâmicas escuras em 3D – materiais que podem suportar as duras condições do voo hipersônico – em formas complexas para componentes de veículos hipersônicos. O objetivo é imprimir esses componentes em 3D em escala para melhorar a eficiência e o desempenho.
Rodney Trice, professor da Escola de Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia e líder em processamento de cerâmica no Centro de Tecnologia de Fabricação Avançada de Hipersônicos (HAMTC) do PARI, está liderando o esforço para aprimorar esses materiais para AM.
“Cerâmicas escuras são materiais ideais para componentes de veículos hipersônicos porque são menos propensas a rachar ou degradar devido a condições atmosféricas extremas. Para fabricar componentes cerâmicos hipersônicos, Trice e sua equipe usam impressoras 3D de processamento de luz digital (DLP) alojadas na HAMTC.
“Isso permite que você produza designs e geometrias intrincados com superfícies muito suaves e com um nível de precisão no nível de mícron”, disse Trace. “Por meio desse processo, conseguimos imprimir uma variedade de formas, como cones e hemisférios afiados, que são usados para construir um veículo hipersônico.”
O desafio por trás da impressão 3D de cerâmicas escuras vem de como sua cor interage com a luz UV que a impressora 3D projeta. Uma cerâmica de cor clara, como a alumina, refletirá e espalhará a luz, endurecendo toda a camada de uma vez. Cerâmicas escuras, por outro lado, tendem a absorver essa luz e, portanto, inibir o processo de cura.
“Como os pós escuros absorvem a luz UV que seria necessária para curar o material, não podemos formar uma camada tão espessa”, disse Trice. “Portanto, obtemos profundidades de cura muito finas, o que impacta negativamente o tempo que leva para construir cada peça.”
Matthew Thompson, candidato a doutorado em engenharia de materiais e ganhador de uma bolsa de pós-graduação em ciência e engenharia de defesa nacional, e Dylan Crump, engenheiro de pesquisa em cerâmica no HAMTC, têm trabalhado com Trice para investigar sistemas de resina, tratamentos de superfície e outras abordagens para aumentar as profundidades de cura.
“Temos operado essencialmente como um banco de testes de pesquisa e desenvolvimento para esses materiais”, disse Thompson. “Temos ajustado propriedades e realizado modificações de superfície para melhorar seu desempenho e aprimorar o processo de impressão.”
Trice, Thompson e Crump também estão trabalhando para eliminar quaisquer problemas durante a fase de pós-processamento, que se torna ainda mais desafiadora à medida que o tamanho das peças impressas aumenta. Com componentes maiores, problemas como delaminação ou rachaduras se tornam mais arriscados. Eles querem garantir que esses riscos não comprometam os componentes à medida que eles fazem a transição de uma impressora de pequena escala para uma maior.
“O que estamos tentando fazer é encontrar soluções para como podemos montar um pipeline para fazer essas peças ou encontrar estratégias que as partes interessadas reais possam usar”, disse Thompson. “Então, isso dá às pessoas um ponto de partida para economizar tempo na pesquisa e desenvolvimento de qualquer novo sistema.”
Este esforço é um dos cinco projetos financiados pelo Programa de Ciência e Tecnologia de Fabricação do Gabinete do Secretário de Defesa, em parceria com o Centro de Guerra de Superfície Naval, Divisão de Guindastes e os Sistemas Confiáveis Avançados Resilientes de Missões Estratégicas e de Espectro do Acelerador de Tecnologia de Segurança Nacional. Para saber mais sobre a pesquisa e o desenvolvimento das cerâmicas acesse o site.
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