p Nos últimos anos, tornou-se possível usar feixes de laser e feixes de elétrons para "imprimir" objetos de engenharia com formas complexas que não poderiam ser alcançadas pela manufatura convencional. O processo de manufatura aditiva (AM), ou impressão 3-D, para materiais metálicos envolve derreter e fundir partículas de pó em escala fina - cada uma cerca de 10 vezes mais fina do que um grão de areia de praia - em "piscinas" em escala sub-milimétrica criadas pela focalização de um laser ou feixe de elétrons no material. p "Os feixes altamente focalizados fornecem controle requintado, permitindo 'ajuste' de propriedades em locais críticos do objeto impresso, "disse Tresa Pollock, professor de materiais e reitor associado da Faculdade de Engenharia da UC Santa Bárbara. "Infelizmente, muitas ligas metálicas avançadas usadas em ambientes intensos de calor extremo e quimicamente corrosivos encontrados na energia, as aplicações espaciais e nucleares não são compatíveis com o processo AM. "

p O desafio de descobrir novos materiais compatíveis com AM era irresistível para Pollock, um cientista de renome mundial que conduz pesquisas em revestimentos e materiais metálicos avançados. "Isso foi interessante, " ela disse, "porque um conjunto de ligas altamente compatíveis poderia transformar a produção de materiais metálicos com alto valor econômico - ou seja, materiais que são caros porque seus constituintes são relativamente raros na crosta terrestre - permitindo a fabricação de projetos geometricamente complexos com o mínimo de desperdício de material.

p "A maioria das ligas de alta resistência que funcionam em ambientes extremos não podem ser impressas, porque eles racham, "continuou Pollock, o Distinto Professor de Materiais da ALCOA. "Eles podem rachar em seu estado líquido, quando um objeto ainda está sendo impresso, ou no estado sólido, depois que o material é retirado e feito alguns tratamentos térmicos. Isso evitou que as pessoas empregassem ligas que usamos atualmente em aplicações como motores de aeronaves para imprimir novos projetos que poderiam, por exemplo, aumentar drasticamente o desempenho ou a eficiência energética. "

p Agora, em um artigo na revista Nature Communications , Pollock, em colaboração com a Carpenter Technologies, Laboratório Nacional de Oak Ridge, Os cientistas da equipe da UCSB, Chris Torbet e Gareth Seward, e UCSB Ph.D. alunos Sean Murray, Kira Pusch, e Andrew Polonsky, descreve uma nova classe de superligas que superam esse problema de craqueamento e, Portanto, representam uma promessa tremenda para o avanço do uso de AM para produzir componentes únicos complexos para uso em alta tensão, ambientes de alto desempenho.

p A pesquisa foi apoiada por uma bolsa Vannevar Bush Faculty Fellowship (VBFF) de US $ 3 milhões concedida a Pollock pelo Departamento de Defesa dos EUA em 2017. O VBFF é o prêmio de investigador único mais prestigioso do Departamento de Defesa, apoiar pesquisas básicas que poderiam ter um impacto transformador.

p No papel, os autores descrevem uma nova classe de alta resistência, resistente a defeitos, Superligas imprimíveis 3-D, definido como ligas tipicamente baseadas em níquel que mantêm sua integridade de material em temperaturas de até 90% de seu ponto de fusão. A maioria das ligas se desfaz em 50% de suas temperaturas de fusão. Essas novas superligas contêm partes aproximadamente iguais de cobalto (Co) e níquel (Ni), além de quantidades menores de outros elementos. Esses materiais são passíveis de impressão 3-D livre de rachaduras via fusão por feixe de elétrons (EBM), bem como as abordagens mais desafiadoras de leito de pó a laser, tornando-os amplamente úteis para a infinidade de máquinas de impressão que estão entrando no mercado.

p Por causa de suas excelentes propriedades mecânicas em temperaturas elevadas, Superligas à base de níquel são o material de escolha para componentes estruturais, como lâminas de turbina de cristal único (SX) e palhetas usadas nas seções quentes de motores de aeronaves. Em uma variação de uma superliga que a equipe desenvolveu, Pollock disse, "A alta porcentagem de cobalto nos permitiu projetar recursos nos estados líquido e sólido da liga que a tornam compatível com uma ampla gama de condições de impressão."

p O desenvolvimento da nova liga foi facilitado pelo trabalho anterior feito como parte de projetos financiados pela NSF alinhados com a Iniciativa Nacional do Genoma de Materiais, que tem o objetivo básico de apoiar a pesquisa para enfrentar os grandes desafios que a sociedade enfrenta, desenvolvendo materiais avançados "duas vezes mais rápido pela metade do custo."

p O trabalho da NSF de Pollock nesta área foi conduzido em colaboração com os colegas professores de materiais da UCSB, Carlos G. Levi e Anton Van der Ven. Seus esforços envolveram o desenvolvimento e integração de um conjunto de ferramentas computacionais e de design de ligas de alto rendimento necessárias para explorar o grande espaço de composição multicomponente necessário para descobrir novas ligas. Ao discutir o novo artigo, Pollock também reconheceu o importante papel do ambiente de pesquisa colaborativa na Faculdade de Engenharia que tornou esse trabalho possível.