A HRL Laboratories fez um avanço na metalurgia com o anúncio de que os pesquisadores da famosa instalação desenvolveram uma técnica para a impressão 3D com sucesso de ligas de alumínio de alta resistência - incluindo os tipos Al7075 e Al6061 - que abre a porta para a fabricação aditiva de ligas relevantes para a engenharia. Essas ligas são muito desejáveis ​​para peças de aeronaves e automóveis e estão entre as milhares que não foram passíveis de manufatura aditiva - impressão 3D - uma dificuldade que foi resolvida pelos pesquisadores do HRL. Um benefício adicional é que seu método pode ser aplicado a famílias de ligas adicionais, como aços de alta resistência e superligas à base de níquel, difíceis de processar atualmente na manufatura aditiva.

"Estamos usando uma teoria de nucleação de 70 anos para resolver um problema de 100 anos com uma máquina do século 21, "disse Hunter Martin, que co-liderou a equipe com Brennan Yahata. Ambos são engenheiros do Laboratório de Sensores e Materiais do HRL e alunos de doutorado na Universidade da Califórnia, Santa Bárbara estudando com a professora Tresa Pollock, um co-autor do estudo. A impressão 3D em papel de ligas de alumínio de alta resistência foi publicada em 21 de setembro de Edição de 2017 de Natureza .

A manufatura aditiva de metais normalmente começa com pós de liga que são aplicados em camadas finas e aquecidos com um laser ou outra fonte de calor direta para derreter e solidificar as camadas. Normalmente, se ligas de alumínio não soldáveis ​​de alta resistência, como Al7075 ou AL6061, forem usadas, as partes resultantes sofrem rachaduras a quente severas - uma condição que torna uma parte de metal capaz de ser separada como um biscoito em flocos.

A técnica de funcionalização de nanopartículas do HRL resolve esse problema, decorando pós de ligas não soldáveis ​​de alta resistência com nanopartículas especialmente selecionadas. O pó funcionalizado com nanopartículas é alimentado em uma impressora 3D, que coloca o pó em camadas e funde a laser cada camada para construir um objeto tridimensional. Durante a fusão e solidificação, as nanopartículas atuam como locais de nucleação para a microestrutura de liga desejada, evitando trincas a quente e permitindo a retenção da resistência total da liga na peça manufaturada.

Como a fusão e a solidificação na manufatura aditiva são análogas à soldagem, A funcionalização de nanopartículas do HRL também pode ser usada para tornar soldáveis ​​ligas não soldáveis. Essa técnica também é escalonável e emprega materiais de baixo custo. Pós e nanopartículas de liga convencionais produzem matéria-prima para impressora com nanopartículas distribuídas uniformemente na superfície dos grãos de pó.

“Nosso primeiro objetivo foi descobrir como eliminar totalmente o cracking a quente. Buscamos controlar a microestrutura e a solução deve ser algo que aconteça naturalmente com a forma como esse material se solidifica, "Martin disse.

Para encontrar as nanopartículas corretas, neste caso, nanopartículas à base de zircônio, a equipe do HRL contratou a Citrine Informatics para ajudá-los a classificar através da miríade de partículas possíveis para encontrar aquela com as propriedades de que precisavam.

"Usar a informática foi fundamental, "disse Yahata." A forma como a metalurgia costumava ser feita era cultivando a tabela periódica para elementos de liga e testando principalmente com tentativa e erro. O objetivo de usar software de informática era fazer uma abordagem seletiva da teoria de nucleação que conhecíamos para encontrar os materiais com as propriedades exatas de que precisávamos. Assim que dissemos a eles o que procurar, sua análise de big data estreitou o campo de materiais disponíveis de centenas de milhares para poucos selecionados. Passamos de um palheiro a um punhado de agulhas possíveis. "

Com esta nova técnica empolgante, A HRL está na vanguarda de um novo capítulo na fabricação aditiva de metais para pesquisa, indústria, e defesa.