Pesquisadores desenvolvem uma nova superliga impressa em 3D que gera mais eletricidade com menos carbono

Os pesquisadores do Sandia National Laboratories colaboraram com o Ames National Laboratory, um laboratório nacional do Departamento de Energia dos Estados Unidos, e com a Bruker Corp., um fabricante americano de instrumentos científicos para pesquisa molecular e de materiais, para desenvolver uma superliga impressa em 3D usando Laser Engineered Net Shaping (LENS) máquinas. Esta nova superliga impressa em 3D pode gerar mais eletricidade e ao mesmo tempo emitir menos carbono.

A liga tinha uma estrutura complexa que permitia alta dureza insensível à temperatura de até 800 °C.

“Estamos mostrando que este material pode acessar combinações anteriormente inalcançáveis ​​de alta resistência, baixo peso e resiliência a altas temperaturas. Acreditamos que parte da razão pela qual conseguimos isso se deve à abordagem de fabricação aditiva.”

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A superliga impressa em 3D foi criada pelos pesquisadores com uma composição incomum que a torna mais forte e mais leve do que os atuais materiais de última geração usados ​​em máquinas de turbinas a gás. As descobertas podem ter implicações de longo alcance nas indústrias energética, aeroespacial e automotiva, e sugerem uma nova classe de ligas semelhantes ainda a ser descoberta.

As descobertas apontam para uma classe de ligas até então desconhecida, com amplas aplicações nas indústrias energética, aeroespacial e automobilística.

A composição da nova superliga é 42% de alumínio, 25% de titânio, 13% de nióbio, 8% de zircônio, 8% de molibdênio e 4% de tântalo. Experimentos da equipe mostraram que ela era mais forte a 800 graus Celsius (1.472 graus Fahrenheit) do que outras superligas, e que permanecia mais forte mesmo depois de ser resfriada à temperatura ambiente.

As descobertas podem beneficiar outras indústrias além da energia. Os pesquisadores aeroespaciais procuram materiais leves que possam suportar altas temperaturas. Além disso, o cientista do Ames Lab, Nic Argibay, afirmou que Ames e Sandia estão colaborando com a indústria para investigar como ligas como esta poderiam ser usadas na indústria automotiva.

“A teoria da estrutura eletrônica liderada pelo Ames Lab foi capaz de fornecer uma compreensão das origens atômicas dessas propriedades úteis, e agora estamos no processo de otimização desta nova classe de ligas para enfrentar os desafios de fabricação e escalabilidade.”

As descobertas podem ser úteis para mais do que apenas o sector energético, uma vez que materiais leves que retêm resistência em calor extremo também são desejados por especialistas aeroespaciais. Ames e Sandia também estão trabalhando com empresas para investigar como essas ligas poderiam ser utilizadas na indústria automotiva.

Este novo estudo demonstra como a impressão 3D pode ser usada para criar novos materiais de forma rápida e eficaz. Os membros da equipe Sandia usaram uma impressora 3D para fundir rapidamente pós metálicos e criar uma amostra.

Como nenhum metal representa mais da metade do material, a invenção de Sandia representa uma mudança fundamental na forma como as ligas foram criadas. O aço, por outro lado, é composto principalmente de ferro – quase 98% do qual é ferro – misturado com carbono e outros materiais.

A equipe está agora investigando se abordagens de modelagem computacional de ponta poderiam ajudar na descoberta de mais membros do que poderia ser uma nova classe de superligas adequadas para fabricação aditiva.

Seguindo em frente, os pesquisadores querem ver se técnicas avançadas de modelagem computacional podem ajudá-los a encontrar mais membros do que poderia ser uma nova classe de superligas avançadas de fabricação aditiva de alto desempenho.

Andrew Kustas enfatizou que haverá desafios pela frente. Por um lado, pode ser difícil produzir grandes quantidades da nova superliga impressa em 3D sem fissuras microscópicas, o que é um desafio comum na fabricação aditiva. Ele também afirmou que os materiais usados ​​para fazer a liga são caros. Como resultado, a liga pode não ser apropriada em bens de consumo onde o custo é a principal preocupação.

O Departamento de Energia e o programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório da Sandia forneceram financiamento para o estudo.