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Cientistas usam impressora 3D para fabricar aço inoxidável

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), da Universidade de Wisconsin-Madison e do Laboratório Nacional Argonne, todos nos Estados Unidos, descobriram como fabricar aço inoxidável utilizando uma impressora 3D.

Segundo os cientistas, o novo processo permite a impressão de uma liga extremamente forte e resistente à corrosão conhecida como 17-4 PH, normalmente utilizada na fabricação de aviões de passageiros, navios de carga e reatores de usinas nucleares.

“Essa nova técnica não só permite a impressão em 3D dessa liga metálica, como também preserva todas as suas propriedades físicas e de desempenho, reduzindo os custos de produção e aumentando a flexibilidade do processo de fabricação desse material”, explica o físico do NIST Fan Zhang, coautor do estudo.

Imprimindo aço

O processo de manufatura de metais envolve a solda de milhões de partículas em pó utilizando uma fonte de alta potência, como um raio laser, para derretê-las e depois resfriá-las para criar uma peça única e sólida. Como o material aquece e esfria rapidamente, a estrutura cristalina dos átomos dentro dele muda constantemente e é difícil de controlar.

Imagem ampliada do aço inoxidável impresso em 3D (Imagem: Reprodução/NIST)
Imagem ampliada do aço inoxidável impresso em 3D (Imagem: Reprodução/NIST)

Para contornar esse problema durante a impressão em 3D — e obter uma estrutura cristalina perfeita chamada martensita —, os pesquisadores usaram um sistema conhecido como difração de raios X síncrotron (XRD) para observar as mudanças rápidas que ocorrem no interior do metal em milissegundos.

“No XRD, os raios X interagem com um material e formam um sinal que é como uma impressão digital correspondente à estrutura cristalina específica do metal. Nós mapeamos como essa estrutura mudou ao longo da impressão, revelando como a composição do metal em pó influencia todo o processo”, acrescenta o professor de engenharia mecânica Lianyi Chen.

Mistura perfeita

Com uma imagem clara sobre o que ocorre dentro da estrutura metálica impressa em 3D, os cientistas conseguiram ajustar a composição do aço até encontrar a mistura perfeita, contendo apenas ferro ou agregada a outros elementos como níquel, cobre, nióbio e cromo.

Laser usado para imprimir aço 17-4 PH em 3D (Imagem: Reprodução/NIST)
Laser usado para imprimir aço 17-4 PH em 3D (Imagem: Reprodução/NIST)

Utilizando essa abordagem, eles acreditam que os fabricantes de aço 17-4 PH possam usar a impressão em 3D para pular etapas que necessitem de equipamentos especiais para endurecer o metal, reduzindo consideravelmente o tempo e o custo de produção.

“Testes mecânicos mostraram que o aço impresso em 3D, com sua estrutura de martensita e nanopartículas indutoras de resistência, corresponde à resistência do aço produzido por meios convencionais. Isso prova que o 17-4 PH impresso é tão confiável e reproduzível quanto o aço comum”, encerra o professor Lianyi Chen.

Fonte: Canaltech

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