Novo estudo sobre transporte de solutos e mecanismos de solidificação na fabricação aditiva
O efeito do aprisionamento de solutos nos comportamentos de solidificação e suscetibilidade a trincas. Diagrama esquemático das características da microestrutura e padrão de segregação. Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43563-x A manufatura aditiva (AM), ou impressão 3D, é uma tecnologia em rápido crescimento com potencial para revolucionar muitas indústrias. No entanto, as peças AM podem ser suscetíveis a defeitos, como porosidades e fissuras, o que pode limitar o seu desempenho e fiabilidade.
Pesquisadores da Queen Mary University of London, em colaboração com a Shanghai Jiao Tong University, o Centro de Excelência para Materiais Avançados e a Universidade de Leicester, desenvolveram um modelo computacional para revelar como ocorre o aprisionamento de solutos durante o rápido processo de solidificação na manufatura aditiva (AM) .
O estudo, publicado na Nature Communications , fornece novos insights sobre os mecanismos de transporte e solidificação de solutos em AM, o que poderia levar ao desenvolvimento de novos materiais e processos para impressão 3D.
O aprisionamento de solutos é um fenômeno que ocorre quando elementos de soluto estão concentrados em certas regiões de uma frente de solidificação. Isto pode levar à formação de microestruturas fora do equilíbrio, o que pode ser prejudicial às propriedades das peças AM.
"A captura de solutos é como adicionar um ingrediente secreto a uma receita", disse o Dr. Chinnapat Panwisawas, autor correspondente do estudo e professor sênior de Materiais e Mecânica de Sólidos na Queen Mary University of London. "Ao compreender como funciona a captura de solutos, podemos desenvolver novos materiais e processos que podem levar a componentes impressos em 3D mais fortes, mais confiáveis e mais complexos." O vídeo mostra como o calor, o fluido e o soluto se entrelaçam durante a fusão e solidificação do metal em um processo de impressão 3D. À medida que o laser derrete o metal, a poça fundida flui e se mistura com o material circundante. Esse movimento afeta a forma como o soluto, ou substância dissolvida, se distribui uniformemente por todo o fundido. O vídeo destaca como esses fatores influenciam a estrutura final do metal. Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43563-x Os pesquisadores usaram seu modelo computacional para investigar o transporte de solutos que ocorre durante os ciclos térmicos rápidos e repetidos na AM. Eles descobriram que o aprisionamento de soluto é promovido pela convecção de fusão, que dilui o soluto particionado na frente de solidificação. Os pesquisadores também elucidaram os mecanismos das transições microestruturais subsequentes para células ultrafinas e depois para células grosseiras.
Os pesquisadores sugerem que suas descobertas poderiam ser usadas para reduzir a suscetibilidade a rachaduras em peças AM, acelerando o processo de solidificação. Eles também acreditam que o caminho detalhado de solidificação que revelaram exibe um potencial promissor para superligas "difíceis de imprimir" fabricadas aditivamente e auxilia no futuro design de materiais para melhor capacidade de impressão 3D.
Mais informações: Neng Ren et al, Captura de solutos e microestrutura de desequilíbrio durante a solidificação rápida da fabricação aditiva, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43563-x Informações do diário: Comunicações da Natureza
