Uma comparação entre a forma de gota ejetada observada experimentalmente na quebra (a) e a forma de gota simulada (b) em várias condições operacionais que se aproximam das condições experimentais. O formato da gota simulada difere significativamente dos experimentos, destacando o fato de que a física essencial parece estar ausente do modelo. Crédito:Andy Pascall / LLNL
Uma equipe de cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) simulou o processo de ejeção de gotículas em uma técnica emergente de impressão 3D chamada "Liquid Metal Jetting" (LMJ), um aspecto crítico para o avanço contínuo das tecnologias de impressão de metal líquido.
No papel, a equipe descreve a simulação de gotículas de metal durante o LMJ, um novo processo no qual gotículas derretidas de metal líquido são lançadas a jato de um bico para imprimir uma peça em camadas. O processo não requer lasers ou pó metálico e é mais semelhante às técnicas de impressão a jato de tinta.
Usando o modelo, pesquisadores estudaram a dinâmica de ruptura primária das gotículas de metal, essencial para melhorar a compreensão de LMJ. O LMJ tem vantagens sobre as abordagens à base de pó, pois fornece um conjunto de materiais mais amplo e não exige a produção ou manuseio de pós potencialmente perigosos, pesquisadores disseram. O jornal Física dos Fluidos publicou o estudo em 25 de novembro, onde foi escolhido como Escolha do Editor.
"Atualmente, não temos um bom entendimento de toda a física que ocorre logo quando a gota se desprende do jato de metal, "disse o co-autor Andy Pascall." Este modelo aponta para mecanismos físicos adicionais que podem precisar ser considerados para fechar a lacuna entre experimentos e modelagem. "
Para conduzir a pesquisa, a equipe construiu um costume, impressora de metal líquido capaz de dispensar gotas de estanho. Combinado com vídeo de alta velocidade, a impressora serviu como um teste experimental para a forma livre, impressão de gotas sob demanda e permitiu que a equipe acompanhasse a dinâmica detalhada das gotas durante o processo de ejeção.
A análise de vídeo permitiu aos pesquisadores construir um modelo computacional para simular a morfologia das gotículas de metal durante a ejeção, revelando que as gotas se comportam como uma "pílula" extrudada sem formação de cauda.
O estudo demonstra que, embora LMJ seja altamente estável e repetível, também é extremamente desafiador modelar. No futuro, a equipe planeja explorar a ejeção de gotículas em uma gama mais ampla de parâmetros de processo e buscar uma maior compreensão dos fatores que afetam o formato das gotículas, separação e formação de satélites, incluindo efeitos térmicos, molhabilidade e o papel dos óxidos de superfície.
