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Impressão 3D de ligas espaciais

Está oficialmente inaugurada a era da "impressão 3D espacial".

Engenheiros coreanos desenvolveram uma nova liga metálica de alto desempenho impressa em 3D sob medida para ambientes espaciais. A liga apresentou desempenho mecânico excepcional em temperaturas criogênicas extremas (até -196°C), provando seu alto potencial para uso em  veículos espaciais e outras aplicações em ambientes extremos.

Esta tecnologia poderá ser aplicada a componentes complexos, como injetores que pulverizam combustível em motores de foguetes ou em bicos de turbinas de geração de energia, por exemplo.

E, mais do que atender aos requisitos impostos aos materiais tradicionais, a nova técnica de impressão 3D melhora o desempenho, estende a vida útil de peças usadas no espaço e em outros ambientes extremos e ainda supera as limitações de tenacidade a baixa temperatura, em comparação com as ligas impressas em 3D existentes.

"Esta pesquisa apresenta um avanço significativo no desenvolvimento de novas ligas para ambientes extremos, oferecendo novas possibilidades. Por meio da tecnologia de impressão 3D, que ultrapassa os limites de fabricação de componentes convencionais de exploração espacial, podemos melhorar significativamente o desempenho de peças usadas em veículos de lançamento espacial," disse o professor Jeong Park, do Instituto Coreano de Ciência de Materiais (KIMS).

A tecnologia, que supera largamente as anteriores (gráfico) pode ser adaptada controlando a microestrutura e os parâmetros do processo para a aplicação desejada.
[Imagem: Haeum Park et al. - 10.1016/j.addma.2024.104223]

Liga metálica espacial

O elemento essencial da inovação está na adição de uma pequena quantidade de carbono à liga CoCrFeMnNi (cobalto, cromo, ferro, manganês e níquel), que apresenta excelentes propriedades em condições criogênicas. O pó de liga resultante foi então processado usando o método fusão de leito de pó, uma técnica de manufatura aditiva a laser.

A tecnologia permite a maximização do efeito de fortalecimento da liga pela adição de carbono porque opera com partículas nas dimensões nanométricas - os nanocarbonetos ficam finamente distribuídos nos limites da estrutura celular da liga.

O resultado é uma combinação de resistência à tração (a capacidade de resistir a forças) e ductilidade (a capacidade de suportar deformações antes da falha) que foi mais de 140% melhor do que as ligas sem carbono (em ambientes criogênicos) - o alongamento da liga é duas vezes maior a -196 ºC do que na temperatura ambiente.

A equipe acredita que a capacidade de controlar finamente a microestrutura das ligas por meio da manufatura aditiva poderá ser aplicada em outros projetos de manufatura aditiva para produzir produtos de alto desempenho.