Bronze de alumínio em impressão 3D

Como a Skoltech adaptou a impressão 3D para a liga de bronze de alumínio

Uma equipa de investigação do Skoltech e de outras organizações científicas russas e indianas ajustou a tecnologia de impressão 3D para fabricar peças em bronze de alumínio. Este material é visto como promissor para componentes expostos a forte ação térmica, como permutadores de calor e caixas de eletrónica de potência. A informação foi divulgada pela assessoria de imprensa do Skoltech.

O bronze de alumínio combina elevada condutividade térmica com boa aptidão para o fabrico aditivo, mas a sua impressão torna-se difícil devido à forte reflectividade e à rápida dissipação do calor. Como consequência, surgem defeitos como poros de falta de fusão e porosidade do tipo chave-de-fechadura.

A equipa variou a densidade de energia, alterando a potência do laser e a velocidade de varrimento. Constatou-se que, com densidade de energia baixa, predominavam os poros de falta de fusão, enquanto, com densidade elevada, apareciam sobretudo poros do tipo chave-de-fechadura. Em todos os modos, o nível global de porosidade rondou os 5%.

Mesmo com porosidade residual, as amostras apresentaram propriedades mecânicas superiores às do bronze de alumínio fundido. O limite de resistência chegou a 748 MPa, e o alongamento relativo atingiu 16,2%.

Os cientistas dedicaram especial atenção à alteração da composição de fases. Durante a cristalização ultra-rápida, foram observadas fases que não são típicas da estrutura de equilíbrio da liga de bronze de alumínio. O aumento da densidade de energia reduz a quantidade da fase que mais contribui para a dureza e a resistência do material, mas que também prejudica a condutividade elétrica e térmica.

As medições de condutividade térmica mostraram que as amostras obtidas com elevada densidade de energia atingem 47 W/(m·K) à temperatura ambiente, um valor próximo do material fundido, mas com resistência muito superior. Isto abre a possibilidade de produzir componentes de forma complexa por fusão seletiva a laser, que não ficam atrás dos equivalentes fundidos tradicionais em resistência e condutividade térmica e, em vários aspetos, até os superam.

O estudo também estabeleceu uma correlação direta entre a densidade de deslocações, a condutividade térmica e a condutividade elétrica, o que permite prever as propriedades do material na fase de seleção dos parâmetros de impressão.