Método inovador usa impressora 3D para fabricar liga de titânio super-resistente

Método inovador usa impressora 3D para fabricar liga de titânio super-resistente

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 27 de Outubro de 2021 às 16h00
Reprodução/CityU

Pesquisadores da Universidade da Cidade de Hong Kong (CityU), na China, desenvolveram uma nova liga metálica à base de titânio fabricada em impressoras 3D. O material é super-resistente, altamente maleável e possui uma estrutura que o torna muito mais leve que o aço inoxidável, por exemplo.

O novo composto pode ser usado para projetar ligas estruturais mais fortes, capazes de suportar cargas e tensões sob demanda, conforme a necessidade de cada aplicação, como na construção de pontes, na indústria automotiva ou até mesmo em equipamentos para a exploração espacial.

“A maioria das pessoas considera a impressão 3D como uma tecnologia revolucionária que pode produzir peças de máquinas com formas complexas em apenas uma etapa. No entanto, revelamos que ela tem potencial para projetar materiais, em vez de simplesmente criar geometrias”, explica o pós-doutorando em engenharia de materiais Zhang Tianlong, autor principal do estudo.

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Além da modelagem

A falta de uniformidade dos componentes de uma liga metálica é um fator indesejável porque pode causar fragilidade desse material. Um dos principais problemas do processo de fabricação é eliminar essa ausência de homogeneidade durante o resfriamento acelerado das ligas.

Mapa de orientação dos grãos da liga de titânio impressa em 3D (Imagem: Reprodução/CityU)

Com esta nova abordagem, os pesquisadores mostraram que um certo grau de heterogeneidade dos componentes pode produzir microestruturas únicas que aumentam as propriedades da liga de forma geral. Esse incremento na eficiência do material foi atingido graças à impressão em 3D.

“As características exclusivas da impressão em três dimensões fornecem uma maior liberdade no projeto de microestruturas. Desenvolvemos um método de homogeneização parcial para produzir ligas com gradientes de concentração em escala micrométrica, algo inatingível com técnicas convencionais de fabricação de materiais”, acrescenta Tianlong.

Microestruturas

O método criado pelos cientistas envolve a fusão e a mistura de dois pós de ligas diferentes e pó de aço inoxidável. Usando um feixe de laser focalizado, eles conseguiram controlar parâmetros como a potência e a velocidade de digitalização durante o processo de impressão 3D.

Com essa técnica, eles criaram microestruturas semelhantes à lava com propriedades mecânicas superiores, permitindo a fabricação de ligas metálicas mais resistente, mais fáceis de modelar e extremamente leves. Enquanto o aço inoxidável pesa 7,9 gramas por centímetro cúbico, a nova liga possui apenas 4,5 gramas por centímetro cúbico, cerca de 40% mais leve.

Microestrutura semelhante a lava na liga de titânio impressa em 3D (Imagem: Reprodução/CityU)

Além disso, a liga de titânio apresentou alta resistência à tração de 1,3 gigapascal, com alongamento uniforme de 9%. O material também mostrou uma capacidade de endurecimento excelente, com mais de 300 megapascais, garantindo uma grande margem de segurança antes da quebra.

“Como a primeira equipe a usar a impressão 3D para desenvolver novas ligas com microestruturas e propriedades exclusivas, aplicaremos essa ideia de design em diferentes materiais no futuro para explorar outras características em mais compostos metálicos”, encerra Zhang Tianlong.

Fonte: City University of Hong Kong

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