A impressão em metal 3-D tem um enorme potencial para revolucionar a manufatura moderna. Contudo, os processos de impressão de metal mais populares, que usam lasers para fundir pó de metal fino, têm suas limitações. As peças produzidas usando fusão seletiva a laser (SLM) e outras técnicas de metal à base de pó geralmente acabam com lacunas ou defeitos causados ​​por uma variedade de fatores.

Para superar as desvantagens do SLM, Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, junto com colaboradores do Worchester Polytechnic Institute, estão adotando uma abordagem totalmente nova para a impressão 3-D de metal com um processo que chamam de escrita direta em metal, em que o metal semi-sólido é extrudado diretamente de um bico. O metal é projetado para ser um material de diluição por cisalhamento, o que significa que ele age como um sólido quando está parado, mas flui como um líquido quando uma força é aplicada. Os resultados do estudo de três anos em andamento foram publicados em fevereiro em Cartas de Física Aplicada .

"Estamos em um novo território, "disse o autor principal Wen Chen, um cientista de materiais LLNL. "Nós avançamos em uma nova técnica de fabricação de aditivos de metal que as pessoas ainda não conhecem. Acho que muitas pessoas estarão interessadas em continuar este trabalho e expandi-lo para outras ligas."

Em vez de começar com pó de metal, a técnica de escrita direta de metal usa um lingote que é aquecido até atingir um estado semissólido - as partículas de metal sólido são rodeadas por um metal líquido, resultando em um comportamento de colar, então é forçado através de um bico. O material é diluído por cisalhamento porque, quando está em repouso, as partículas sólidas de metal se aglomeram e fazem com que a estrutura seja sólida. Assim que o material se move, ou está em cisalhamento, as partículas sólidas se quebram e o sistema atua como a matriz líquida. Ele endurece à medida que esfria, então há menos óxido incorporado e menos tensão residual na peça, os pesquisadores explicaram.

Embora encorajados por seu sucesso na impressão de peças de teste, os pesquisadores alertaram que o método ainda está em seus estágios iniciais e precisará de mais trabalho para obter peças de maior resolução com metais mais amigáveis ​​para a indústria, como alumínio e titânio. No papel, a equipe produziu peças usando uma mistura de bismuto e estanho, que tem um ponto de fusão baixo de menos de 300 graus Celsius. O processo levou várias iterações para acertar, enquanto os pesquisadores se deparavam com o problema dos dendritos - dedos de metal sólido que ficariam presos no bico.

"O principal problema era conseguir um controle muito rígido sobre o fluxo, "disse o engenheiro do LLNL Andy Pascall." Você precisa de um controle preciso da temperatura. Como você agita, quão rápido você mexe, tudo faz diferença. Se você pode obter as propriedades de fluxo certas, então você realmente tem algo. O que fizemos foi realmente entender como o material está fluindo pelo bico. Agora, obtivemos um controle tão bom que podemos imprimir estruturas autossustentáveis. Isso nunca foi feito antes. "

Os pesquisadores disseram que o estudo mais recente fornecerá condições operacionais precisas para impressão com metal diretamente de um bico. Eles já estão mudando para ligas de alumínio, um metal que seria mais atraente para indústrias como aeroespacial e transporte, mas apresentará desafios por causa de seu ponto de fusão mais alto.

"Ser capaz de imprimir peças de metal desta forma é potencialmente importante, "disse o cientista da equipe Luke Thornley, que trabalhou na engenharia do material. "Muito do trabalho que vai para a validação e análise de defeitos seria eliminado. Podemos usar menos material para fazer as peças, significando peças mais leves, o que seria grande para a indústria aeroespacial. "