Fabricantes aeroespaciais, indústrias, e agências governamentais, como a liberdade de design e conveniência proporcionada pela manufatura aditiva - um processo semelhante à impressão 3-D. Mas essas partes têm as mesmas propriedades, especialmente força, como aqueles feitos usando o método subtrativo mais convencional - torneado em um estoque sólido? Um estudo recente da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign conduziu testes de estresse para descobrir.

Cilindros fabricados aditivamente foram obtidos de Ti-6AL-4V, uma liga de titânio que é cerca de 90 por cento de titânio, seis por cento de alumínio, e quatro por cento de vanádio - Ti64 para breve.

Camadas de liga de titânio na forma de pó são derretidas localmente por um laser de alta potência e construídas camada por camada em uma forma guiada por um algoritmo de projeto auxiliado por computador. Cada camada ligada ao local pelo feixe de laser tem apenas 30 mícrons de espessura. Por comparação, um cabelo humano tem cerca de 100 mícrons. Conforme as camadas são adicionadas, eles continuam sendo derretidos pelo laser e estão ligados aos que estão abaixo.

No experimento, o cilindro é imprensado entre duas barras de aço que são longas, Forte, e relativamente espesso. Outra barra, chamada de barra de ataque, é impulsionado com ar comprimido de modo que atinja a primeira barra. Ele transmite um pulso de estresse que passa pela barra e para dentro da amostra, e os sinais registrados representam graficamente uma curva de tensão-deformação para o material Ti64, de acordo com John Lambros, professor do Departamento de Engenharia Aeroespacial e diretor do Laboratório de Avaliação e Teste de Materiais Avançados da Universidade de I.

Por causa do método aditivo, há uma direcionalidade para a microestrutura dos cilindros, como uma costura entre cada uma das camadas, criando uma espécie de estrutura de grão para o material.

"Nossa crença original era que a estratificação teria um grande impacto nas propriedades de resistência do material, "Lambros disse." A estrutura é muito diferente do material tradicionalmente forjado. Os grãos são mais alongados e maiores, atingindo centenas de mícrons. No material forjado, os grãos são muito menores e mais arredondados. Mas o aditivo Ti64 não quebrou da maneira que pensávamos. Aquilo foi, para mim, a coisa mais surpreendente.

"Descobrimos que às vezes eles se rompiam nas costuras microestruturais. Esses são os planos que oferecem menos resistência. Mas aprendemos que a interface da camada em si é muito forte. O aditivo Ti64 na verdade quebra mais ou menos como um material normal se quebraria. O que isso significa é que mesmo sob essas circunstâncias e cargas extremas, é muito bom. As técnicas atuais de manufatura aditiva de metal produzem peças muito melhores do que há cinco anos. Comparativamente às gerações anteriores de builds, esses novos metais manufaturados aditivamente são fantásticos, "Lambros disse.

Lambros disse que o nível de estresse a que esses materiais foram submetidos não é um nível de compressão para o qual ele seria projetado, não para aplicações normais. Eles também testaram titânio convencional usando estoque de titânio forjado regular e fizeram os mesmos experimentos.

"O nível de compressão que usamos neste experimento foi semelhante aos eventos de impacto, como aqueles vistos em um acidente ou explosão, "disse ele." Mas para muitas aplicações, os designers gostariam de ter essa informação para entender completamente os limites do material.

"Até aqui, o que vimos é que as peças fabricadas aditivamente são boas, confiáveis ​​e consistentes. E certamente tão bom, se não em alguns casos melhor, do que o material regular. A microestrutura é muito diferente - os grãos, por exemplo. Eles parecem muito diferentes. Há muito estresse residual porque esses materiais manufaturados aditivamente passaram por um passado muito violento para chegar a esse ponto - uma história torturante semelhante à soldagem quando os lasers aquecem as camadas à medida que são aplicadas. Eles deixam algumas tensões lá que afetariam as coisas. Mas novamente, aparentemente não muito no final. "

Lambros disse que quando as peças forem certificadas para voo, eles são examinados desde o início de suas vidas - ou seja, a partir de como o material original foi feito, até o design da peça e como ela é usada na aeronave. Muita coisa precisa acontecer antes que uma peça obtenha a aprovação da FAA.

"Embora inicialmente houvesse todos os tipos de problemas com esses materiais AM, " ele disse, "agora chegou ao ponto em que o produto é realmente muito bom. É comparável ao que você obteria com o seu material normalmente forjado ou usinado e, em alguns casos, talvez seja ainda melhor, trazendo as peças manufaturadas aditivamente um passo mais perto da certificação. "

O estudo, "Efeitos de orientação de carregamento na anisotropia de força de ligas de Ti-6Al-4V fabricadas aditivamente sob compressão dinâmica" foi escrito por R.F. Waymel, Huck Beng Chew, e John Lambros. É publicado em uma edição especial da Mecânica Experimental na manufatura aditiva.