Equipe usa impressão 3D para fortalecer um material-chave em aeroespacial, energia

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Os materiais essenciais para muitas aplicações importantes na geração de energia e aeroespacial devem ser capazes de resistir a condições extremas, como altas temperaturas e tensões de tração, sem falhar. Agora, uma equipe de engenheiros liderados pelo MIT relata uma maneira simples e barata de fortalecer um dos principais materiais usados ​​hoje em tais aplicações.

Além disso, a equipe acredita que sua abordagem geral, que envolve a impressão 3D de um pó metálico reforçado com nanofios de cerâmica, pode ser usada para melhorar muitos outros materiais. "Há sempre uma necessidade significativa de desenvolvimento de materiais mais capazes para ambientes extremos. Acreditamos que este método tem grande potencial para outros materiais no futuro", diz Ju Li, professor de Engenharia Nuclear da Battelle Energy Alliance e professor de Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT (DMSE).

Li, que também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais (MRL), é um dos três autores correspondentes de um artigo sobre o trabalho publicado na edição de 5 de abril da Additive Manufacturing. Os outros autores correspondentes são o professor Wen Chen, da Universidade de Massachusetts em Amherst, e o professor A. John Hart, do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.

Os primeiros autores do artigo são Emre Tekoğlu, um pós-doutorando do MIT no Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE); Alexander D. O'Brien, um estudante de pós-graduação da NSE; e Jian Liu da UMass Amherst. Autores adicionais são Baoming Wang, pós-doutorado do MIT em DMSE; Sina Kavak da Universidade Técnica de Istambul; Yong Zhang, especialista em pesquisa do MRL; So Yeon Kim, uma estudante de pós-graduação DMSE; Shitong Wang, um estudante de pós-graduação da NSE; e Duygu Agaogullari da Istanbul Technical University.

Rumo a um melhor desempenho

A abordagem da equipe começa com o Inconel 718, uma popular "superliga" ou metal capaz de resistir a condições extremas, como temperaturas de 700 graus Celsius (cerca de 1.300 graus Fahrenheit). Eles moem os pós comerciais de Inconel 718 com uma pequena quantidade de nanofios de cerâmica, resultando em “a decoração homogênea da nanocerâmica nas superfícies das partículas de Inconel”, escreve a equipe.

O pó resultante é então usado para criar peças por meio da fusão a laser em leito de pó, uma forma de impressão 3D. Esse processo envolve a impressão de finas camadas de pó que são expostas a um laser que se move pelo pó, derretendo-o em um padrão específico. Em seguida, outra camada de pó é espalhada por cima e o processo se repete com o movimento do laser para derreter o padrão da nova camada e ligá-lo à camada abaixo. O processo geral pode produzir peças 3D complicadas.

Os pesquisadores descobriram que as peças feitas dessa maneira com seu novo pó têm significativamente menos porosidade e menos rachaduras do que peças feitas apenas de Inconel 718. E isso, por sua vez, leva a peças significativamente mais fortes que também apresentam várias outras vantagens. Por exemplo, eles são mais dúcteis – ou esticáveis ​​– e têm uma resistência muito melhor à radiação e cargas de alta temperatura.

Além disso, o processo em si não é caro porque "funciona com as máquinas de impressão 3D existentes. Basta usar nosso pó para obter um desempenho muito melhor", diz Li.

Xu Song, um professor assistente da Universidade Chinesa de Hong Kong que não esteve envolvido no trabalho, comenta: "Neste artigo, os autores propõem um novo método para imprimir compósitos de matriz metálica de Inconel 718 reforçados por nanofios [cerâmicos]. a dissolução in-situ da cerâmica que é induzida pelo processo de fusão a laser aumentou a resistência térmica e a resistência do Inconel 718. Além disso, os reforços in-situ reduziram o tamanho do grão e eliminaram as falhas. Futura impressão 3D de ligas metálicas, incluindo modificação para cobre de alta refletividade e supressão de fratura para superligas, podem claramente se beneficiar desta técnica."