Pesquisadores da PolyU desenvolvem liga de Ti via DED Additive Manufacturing

31 de julho de 2023

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Cientistas de engenharia da Universidade Politécnica de Hong Kong (PolyU), em colaboração com a Universidade RMIT e a Universidade de Sydney, usaram a Manufatura Aditiva para enfrentar os desafios de qualidade e gestão de resíduos enfrentados na produção de ligas de titânio. Seu estudo de pesquisa, intitulado “Ligas fortes e dúcteis de titânio-oxigênio-ferro por fabricação aditiva”, foi publicado recentemente na Nature.

A equipe de pesquisa utilizou a Manufatura Aditiva para criar uma liga nova, forte, dúctil e sustentável, a liga α–β Ti-O-Fe. Essas propriedades são alcançadas pela incorporação de oxigênio e ferro abundantes e baratos, que são os dois elementos estabilizadores e fortalecedores mais poderosos para ligas de titânio na fase α-β. Esta nova liga de titânio apresenta potencial para diversas aplicações, como engenharia aeroespacial e naval, eletrônicos de consumo e dispositivos biomédicos.

Os autores declararam: “Em termos de seleção de processos AM, escolhemos Deposição de Energia Direcionada (DED) de pó metálico a laser, que - auxiliado por simulações de alta fidelidade - permite a fabricação de componentes em grande escala com formato próximo à rede com um consistente Microestrutura."

Segundo relatos, a nova liga de titânio apresenta melhor desempenho mecânico, maior resistência e ductilidade comparável ao material de referência Ti-6AI-4V amplamente utilizado, que foi formulado em 1954.

Embora os métodos tradicionais de fabricação, como a fundição, possam ser usados para produzir a nova liga de titânio, o material resultante pode ter propriedades pobres que o tornam inadequado para a engenharia prática. A Manufatura Aditiva, por outro lado, supostamente supera essas limitações associadas aos métodos tradicionais de produção e melhora as propriedades da liga.

O processo Kroll, que normalmente é usado para produzir ligas de titânio, consome muita energia e gera titânio esponjoso de baixa qualidade. Este produto residual representa aproximadamente 10% de todo o titânio esponjoso e resulta em desperdício substancial e aumento dos custos de produção. No entanto, a Manufatura Aditiva fornece uma solução eficaz ao permitir a reciclagem de titânio esponjoso de qualidade inadequada. Essa tecnologia converte os resíduos em pó para utilização como matéria-prima, reduzindo desperdícios e custos de produção.

Dr. Zibin Chen afirmou: “Nosso trabalho pode facilitar a reciclagem de mais de 10% dos resíduos gerados pela indústria de produção de ligas metálicas. Isto pode reduzir significativamente os custos de materiais e energia para as indústrias, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e a redução da pegada de carbono.”

A pesquisa integra projeto de liga, simulações computacionais e caracterização experimental para explorar o espaço de propriedades de processo-microestrutura de Manufatura Aditiva para a nova liga de titânio (liga α – β Ti-O-Fe).

O estudo destaca que a Manufatura Aditiva permite a produção em uma única etapa de peças metálicas complexas e funcionais, o que acelera o desenvolvimento de produtos e reduz custos. Além disso, esta tecnologia pode fabricar peças metálicas com estruturas e composições únicas que os métodos tradicionais não conseguem.

A Manufatura Aditiva permite o ajuste da microestrutura de ligas metálicas, melhorando sua resistência, flexibilidade e resistência à corrosão e à água. Além disso, permite a criação de peças metálicas leves, mas fortes, com padrões complexos. Este avanço na pesquisa pode apresentar novas oportunidades para estratégias de design de materiais sustentáveis e holísticas, facilitadas pela Manufatura Aditiva.

O professor Keith KC Chan concluiu: “Este trabalho pode servir de modelo ou referência para outras ligas metálicas que utilizam impressão 3D para melhorar suas propriedades e expandir sua aplicabilidade. A impressão 3D de metal é um campo emergente e levará algum tempo até que seja amplamente adotada na fabricação de materiais.”

www.polyu.edu.hk

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