p Nas últimas décadas, a impressão 3D de metal liderou os esforços na criação de peças personalizadas de formas complexas e alta funcionalidade. Mas, como os fabricantes de aditivos incluíram mais ligas para suas necessidades de impressão 3D, assim como os desafios de criar uniformes, peças sem defeitos. p Um novo estudo realizado por pesquisadores da Texas A&M University refinou ainda mais o processo de criação de peças de metal superiores usando técnicas de impressão 3D de fusão a laser em pó. Ao usar uma combinação de aprendizado de máquina e experimentos de impressão 3D de trilha única, eles identificaram as químicas de liga favoráveis ​​e os parâmetros de processo, como velocidade e potência do laser, necessário para imprimir peças com propriedades uniformes em microescala.

p "Nosso desafio original era garantir que não houvesse poros nas peças impressas, porque esse é o assassino óbvio para a criação de objetos com propriedades mecânicas aprimoradas, "disse Raiyan Seede, Doutoranda do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. "Mas tendo abordado esse desafio em nosso trabalho anterior, neste estudo, fazemos mergulhos profundos no ajuste fino da microestrutura das ligas para que haja mais controle sobre as propriedades do objeto impresso final em uma escala muito mais precisa do que antes. "

p Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Fabricação Aditiva .

p Como outros métodos de impressão 3D, a fusão de leito de pó a laser também constrói peças de metal 3D, camada por camada. O processo começa rolando uma fina camada de pó metálico em uma placa de base e, em seguida, derretendo o pó com um feixe de laser ao longo de trilhas que traçam o desenho da seção transversal da peça pretendida. Então, outra camada do pó é aplicada e o processo é repetido, construindo gradualmente a parte final.

p Pós de metal de liga usados ​​para fabricação de aditivos podem ser bastante diversos, contendo uma mistura de metais, como níquel, alumínio e magnésio em diferentes concentrações. Durante a impressão, esses pós resfriam rapidamente após serem aquecidos por um feixe de laser. Uma vez que os metais individuais no pó da liga têm propriedades de resfriamento muito diferentes e, consequentemente, solidificam em taxas diferentes, essa incompatibilidade pode criar um tipo de falha microscópica chamada microssegregação.

p "Quando o pó da liga esfria, os metais individuais podem precipitar, "Seede disse." Imagine derramar sal na água. Ele se dissolve imediatamente quando a quantidade de sal é pequena, mas conforme você despeja mais sal, as partículas de sal em excesso que não se dissolvem começam a precipitar como cristais. Em essência, isso é o que está acontecendo em nossas ligas metálicas quando esfriam rapidamente após a impressão. "

p Ele disse que esse defeito aparece como pequenas bolsas contendo uma concentração ligeiramente diferente dos ingredientes de metal do que outras regiões da parte impressa. Essas inconsistências comprometem as propriedades mecânicas do objeto impresso.

p Para retificar este microdefeito, a equipe de pesquisa investigou a solidificação de quatro ligas contendo níquel e um outro ingrediente metálico. Em particular, para cada uma dessas ligas, eles estudaram os estados físicos ou fases presentes em diferentes temperaturas para aumentar as concentrações do outro metal na liga à base de níquel. A partir de diagramas de fase detalhados, eles poderiam determinar a composição química da liga que levaria a uma microssegregação mínima durante a fabricação de aditivos.

p Próximo, eles derreteram uma única trilha do pó de liga metálica para diferentes configurações de laser e determinaram os parâmetros do processo que produziriam peças livres de porosidade. Então, eles combinaram as informações coletadas dos diagramas de fase com as dos experimentos de trilha única para obter uma visão consolidada das configurações do laser e das composições de ligas de níquel que produziriam uma parte impressa sem porosidade e sem microssegregação.

p Último, os pesquisadores deram um passo além e treinaram modelos de aprendizado de máquina para identificar padrões em seus dados de experimento de trilha única e diagramas de fase para desenvolver uma equação para microssegregação aplicável a qualquer outra liga. Seede disse que a equação é projetada para prever a extensão da segregação, dada a faixa de solidificação, propriedades do material, e potência e velocidade do laser.

p "Nossa metodologia facilita o uso bem-sucedido de ligas de diferentes composições para fabricação de aditivos sem a preocupação de introduzir defeitos, mesmo em microescala, "disse Ibrahim Karaman, Professor I da Chevron e chefe do departamento de ciência e engenharia de materiais. “Este trabalho será de grande benefício para a indústria aeroespacial, indústrias automotivas e de defesa que estão constantemente procurando maneiras melhores de construir peças de metal personalizadas. "

p Os colaboradores da pesquisa Raymundo Arroyavé e Alaa Elwany acrescentaram que a singularidade de sua metodologia está na simplicidade, que pode ser facilmente adaptado pelas indústrias para construir uma construção robusta, peças sem defeitos com uma liga de escolha. Eles observaram que sua abordagem contrasta com os esforços anteriores que dependiam principalmente de produtos caros, experimentos demorados para otimizar as condições de processamento.