4 materiais sob medida criados para manufatura aditiva

Com o crescimento contínuo da manufatura aditiva, empresas e pesquisadores criaram várias subtecnologias, complementos e meios de otimizar impressões. No entanto, outro meio de obter um objeto otimizado é otimizar o material que está sendo usado. Isso deu origem a vários materiais feitos para impressão 3D, todos com propriedades ideais alcançadas por meio de controle preciso.

Alguns desses materiais foram projetados muito especificamente para ou com impressão 3D e, portanto, apresentam a tecnologia com características e recursos novos e inovadores. Aqui estão alguns dos materiais mais promissores:

Scalmalloy

Crédito da foto:Beamler

Apresentado como o primeiro material original desenvolvido especificamente para impressão 3D, esta mistura de escândio (SC), alumínio (AL) e magnésio (M), tudo amalgamado em uma única liga. O material foi originalmente desenvolvido e patenteado pela APWorks, uma subsidiária do grupo Airbus. Como material de impressão em metal, apresenta algumas características únicas, como maior resistência (principalmente devido à presença de escândio).

Em termos de resistência, pode superar o alumínio tradicional e muitas de suas ligas derivadas. É ainda mais forte que o titânio em conjunto com a sua leveza e resistência à corrosão. Claro, o material pode ser caro para criar porque contém escândio, que é um metal raro que também é caro para extrair de seus minérios. Os preços ou Scandium podem flutuar entre US$ 4.000 e US$ 20.000 por quilo, com os principais locais de mineração na China e na Rússia.

Scalmalloy é mais útil para peças de alta resistência e longa duração. É por isso que está se tornando popular na indústria automotiva e robótica, muitas vezes fazendo parte de trocadores de calor. Como se poderia suspeitar, a Scalmalloy também desempenha um papel central em sua indústria de origem:a aeroespacial.

Materiais SLM NewGen

Crédito da foto:TU Graz

Este metal foi cortesia da TU Graz da Áustria, aplicando uma mistura de nitreto de silício para desenvolver aço inoxidável dedicado ao metal-AM. Chamados de materiais NewGen SLM, eles apresentam reações mais controladas durante o processo de formação, resultando em melhor acabamento superficial e minimizando a necessidade de suportes. O aço inoxidável 316L é um dos materiais mais comuns com uso em várias indústrias em todo o mundo e a versão NewGen apresenta características aprimoradas especificamente para impressão com fusão seletiva a laser.

Os pesquisadores testaram várias versões da mistura de aço inoxidável modificada com várias misturas. Ao testar outros materiais para propriedades mecânicas e porosidade, eles chegaram à conclusão de que as distorções na sinterização eram redutíveis através do controle estrito do nitreto de silício e boro dentro dele. Eles publicaram essas descobertas no artigo acadêmico “Improving the Dimensional Stability and Mechanical Properties of AISI 316L + B Sinters by Si3N4 Addition“.

À medida que os boretos aumentam a densidade do sinter, eles não se fundem bem em materiais à base de ferro. Como resultado, camadas indesejadas podem se formar ao redor da partícula. O nitreto de silício atenua esse fator e leva a um melhor acabamento superficial. Os pesquisadores modificaram o pó de metal não apenas para melhorar as propriedades mecânicas e de uso final, mas também para que os materiais NewGen SLM exijam menos estruturas de suporte. Ao fazer isso, o aço inoxidável modificado pode ser ainda mais leve que as impressões convencionais em metal.

Atualmente, os pesquisadores ainda estão comercializando esse material específico. Eles também estão aprimorando essa linha de pesquisa para testar outros materiais que possam se beneficiar de maneiras semelhantes. Seu trabalho foi notificado e eles estão trabalhando com um programa de bolsas spin-off para estabelecer uma start-up adequada.

Liga de alumínio de alta resistência impressa em 3D

https://www.youtube.com/watch?v=8YwlenA4bdg

Inventada pelos Laboratórios HRL, esta variedade de alumínio foi recentemente comercializada e registrada pela Associação de Alumínio. O alumínio de alta resistência fabricado com aditivos também marcou o primeiro registro de uma liga desse tipo pela Aluminium Association, recebendo o número de registro 7A77.50 para o pó de alumínio e o número 7A77.60L para a própria liga impressa.

Esse material também foi especial, pois marcou o novo sistema de registro de liga aditiva da associação em fevereiro de 2019. Isso foi um resultado direto dos vários novos materiais surgindo devido às capacidades de fabricação aditiva. Esta foi a primeira liga de seu tipo a ser imprimível.

Quimicamente, a liga foi desenvolvida usando a técnica de funcionalização de nanopartículas HRL. Esse material em particular usa nanopartículas à base de zircônio, no entanto, a vantagem real desse modo de produção de material é que ele pode ser aplicado a uma ampla variedade de outros metais e ligas muitas vezes considerados imprimíveis. Como resultado, a HRL também está analisando as várias outras maneiras pelas quais novos materiais podem ser trazidos para o mundo da impressão 3D.

Cristalografia, metamateriais e a estrutura plástica mais rígida do mundo

Crédito da foto ETH Zurique/MIT

Novos arranjos de materiais nem sempre são sobre descobrir um novo material ou alterar a composição química de um material para torná-lo imprimível, como ilustram os exemplos anteriores. Às vezes, uma nova maneira de usar materiais existentes pode proporcionar algo extraordinário. Este foi o caso de várias estruturas de materiais que continham materiais estruturados de tal forma que produziam resultados interessantes.

Um projeto combinado entre MIT e ETH Zurich é um exemplo. Os pesquisadores criaram um material com a maior relação rigidez/peso possível, reorganizando a construção de plásticos em nanoescala. Isso resultou em um material que era muito rígido, ao mesmo tempo em que equilibrava essa rigidez com um peso relativamente baixo. Em essência, eles desenvolveram o material mais rígido possível, estando bastante próximos dos limites teóricos que a física permite, simplesmente ajustando as maneiras como sua microestrutura é organizada.

Esse tipo de relação rigidez/peso é crucial para implantes médicos de alta resistência, aviões e carros de corrida. Como mencionado anteriormente, a ideia principal não está tanto no material em uso, mas na construção em microescala. Com o uso de intrincados padrões de treliças, cintas e arcos, os pesquisadores maximizaram a força e a resistência.

Da mesma forma, os pesquisadores da Universidade de Sheffield e do Imperial College estavam pesquisando o uso de novas microestruturas em impressões para melhorar a durabilidade, na esperança de criar novas formas de impressão de ligas. Seu trabalho no uso de metamateriais cristalográficos fez uso de modelagem atômica computacional para criar essas estruturas nunca antes vistas. Essas estruturas cristalinas, como elas as descreveram, resultam em impressões que saem sem limites de grão, sendo contínuas e ininterruptas. Isso dá à impressão final melhor tolerância a danos, resistência e resistência.

Tais materiais possuem arranjos periódicos de nós e escoras, tornando-os leves e exibindo uma combinação de propriedades que não ocorrem em sólidos convencionais. Ao empregar os mecanismos de endurecimento encontrados em materiais cristalinos para desenvolver materiais robustos e tolerantes a danos, eles criaram materiais imprimíveis que a fabricação subtrativa não poderia gerenciar.

Uma ideia semelhante permeia o campo da impressão 4D, onde as microestruturas são tão delicadamente equilibradas que transformam materiais comuns em robôs ou itens funcionais com vários arranjos. A impressão 3D geralmente fornece essas habilidades para mexer nos mínimos detalhes até que eles sirvam a um propósito projetado e incentivam a criação de novas formas no mundo da fabricação e da pesquisa.