Na Skoltech, dominaram a impressão 3D com ligas de cobre, usada desde refrigeração de sistemas energéticos até carcaças para eletrônica de potência.

Impressão 3D de bronze de alumínio: pesquisa da Skoltech sobre propriedades térmicas e mecânicas

Uma equipe de pesquisa da Skoltech e de outras instituições científicas russas e indianas adaptou a tecnologia de impressão 3D para produzir peças de bronze de alumínio. Esse material é considerado promissor para uso em componentes que operam sob forte carga térmica, como trocadores de calor e carcaças de eletrônica de potência. A informação foi divulgada pela assessoria de imprensa da Skoltech.

O bronze de alumínio tem alta condutividade térmica e boa processabilidade na manufatura aditiva, mas sua impressão é dificultada pela elevada refletividade e pela rápida dissipação de calor. Como consequência, surgem defeitos - poros de falta de fusão e porosidade do tipo olho de fechadura.

Os pesquisadores variaram a densidade de energia ao alterar a potência do laser e a velocidade de varredura. Foi constatado que, em baixa densidade de energia, predominam os poros de falta de fusão, enquanto, em alta densidade, surgem principalmente os poros do tipo olho de fechadura. O nível total de porosidade ficou em cerca de 5% em todos os regimes.

Apesar da porosidade residual, as amostras apresentaram características mecânicas superiores às do bronze de alumínio fundido. A resistência à tração chegou a 748 MPa, e o alongamento relativo alcançou 16,2%.

Os cientistas dedicaram atenção especial à mudança da composição de fases. Durante a cristalização ultrarrápida, foram identificadas fases incomuns para a estrutura de equilíbrio do bronze de alumínio. O aumento da densidade de energia leva à redução da fase que mais contribui para a dureza e a resistência do material, mas que afeta negativamente a condutividade elétrica e térmica.

As medições de condutividade térmica mostraram que as amostras obtidas com alta densidade de energia atingem 47 W/(m·K) em temperatura ambiente, valor próximo ao do material fundido, porém com resistência muito superior. Isso abre a possibilidade de fabricar, por fusão seletiva a laser, componentes de geometria complexa que não ficam atrás dos equivalentes fundidos tradicionais em resistência e condutividade térmica, e que em vários aspectos os superam.

No estudo, foi estabelecida uma correlação direta entre densidade de discordâncias, condutividade térmica e condutividade elétrica, o que permite prever as propriedades do material já na etapa de definição dos parâmetros de impressão.