Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos, conhecido pela sigla NIST, desenvolveram uma nova técnica que utiliza lasers para misturar metais fundidos durante o processo de impressão tridimensional. O método, descrito em estudo publicado no periódico especializado Additive Manufacturing, abre caminho para a criação de ligas metálicas que são extremamente difíceis de serem produzidas por técnicas convencionais. A abordagem consiste em aproveitar o próprio feixe do laser da impressora para agitar e combinar os metais no estado líquido, à medida que a peça é construída camada por camada.
O foco da pesquisa são as chamadas ligas de alta entropia, que reúnem múltiplos elementos metálicos em proporções semelhantes. Esses materiais são muito difíceis de fabricar por métodos tradicionais, como a fundição, porque os diferentes metais tendem a se separar antes de solidificar de forma homogênea. De acordo com o pesquisador Zhang, um dos membros da equipe do NIST, a impressão tridimensional de metais pode ser a solução para esse desafio. A nova técnica demonstra que é possível utilizar o laser da própria impressora para forçar a mistura uniforme dos elementos diretamente na região onde o material está fundido.
Para comprovar o sucesso da abordagem, os pesquisadores também criaram um método de observação em tempo real baseado em raios X. Utilizando feixes intensos de raios X, a equipe conseguiu acompanhar as transformações que ocorrem no metal durante a impressão, observando como os materiais derretem, se misturam e se solidificam em frações de segundo. Essa capacidade de monitoramento é considerada uma avanço importante, pois permite entender exatamente como as ligas se formam sob condições extremamente rápidas, algo que até então era praticamente impossível de ser visualizado.
A técnica de mistura com laser se baseia em fenômenos de reflexão óptica que ocorrem dentro da chamada poça de fusão, que é a pequena região de metal líquido formada pela ação do laser sobre o pó metálico. Ao incidir sobre a superfície fundida, o laser gera reflexões internas que provocam movimentos de agitação no material derretido, promovendo a homogeneização dos diferentes metais presentes na mistura. Esse efeito de agitação a laser é o que os pesquisadores comparam a um batedor culinário, que mistura os ingredientes de uma receita de forma uniforme.
As ligas de alta entropia têm despertado grande interesse na comunidade científica e industrial por apresentarem propriedades mecânicas e térmicas superiores, como maior resistência ao desgaste e estabilidade em temperaturas elevadas. No entanto, a dificuldade de fabricação tem sido um obstáculo significativo para sua adoção em larga escala. O trabalho conduzido pelo NIST sugere que a impressão tridissional pode contornar essa barreira técnica, oferecendo um caminho viável para a produção de componentes feitos com essas ligas complexas.
A pesquisa liderada pelo NIST representa um avanço relevante tanto para o campo da metalurgia quanto para o da manufatura aditiva, que é o termo técnico para a impressão tridimensional de peças industriais. Ao combinar a capacidade de misturar metais por meio do laser com a possibilidade de observar o processo em tempo real usando raios X, os cientistas ganharam uma ferramenta poderosa para projetar e testar novas combinações de metais. Os resultados publicados indicam que a técnica pode ser aplicada a diferentes tipos de ligas metálicas, ampliando significativamente as possibilidades de criação de materiais com propriedades sob medida para aplicações específicas.
Em resumo, a descoberta feita pelos pesquisadores do NIST demonstra que é possível utilizar o próprio laser da impressora tridimensional como instrumento de mistura de metais fundidos, viabilizando a produção de ligas que antes eram consideradas praticamente inviáveis. A complementaridade entre a técnica de agitação a laser e o monitoramento por raios X oferece aos cientistas uma nova rota para explorar combinações metálicas inéditas, com potencial para impactar setores como aeroespacial, automotivo e de energia.
