a impressão 3D pode produzir facilmente peças metálicas com estruturas complexas e propriedades leves, o que é altamente atraente para equipamentos de ponta da próxima geração, como aeronaves e espaçonaves, que buscam redução de peso e integração. No entanto, as peças metálicas fabricadas por impressão 3D geralmente apresentam um defeito crítico — desempenho insuficiente à fadiga, ou seja, são propensas ao aparecimento de trincas por fadiga sob carregamento cíclico, limitando severamente suas aplicações-chave. Recentemente, uma equipe liderada pelos pesquisadores Zhang Zhefeng e Zhang Zhenjun do Instituto de Pesquisa em Metais da Academia Chinesa de Ciências (IMR, CAS) desenvolveu uma nova tecnologia de pós-processamento para impressão 3D. O material de liga de titânio produzido por meio desta tecnologia NAMP exibe uma resistência à fadiga sem precedentes sob diversas condições de razão de tensão, superando, em seu desempenho global à fadiga, todos os materiais metálicos conhecidos até hoje, eliminando, assim, um obstáculo significativo para a aplicação da tecnologia de impressão 3D em campos de alta precisão e de ponta. Os resultados dessa pesquisa foram publicados na revista Science Advances.
No início de 2024, a equipe inventou um novo processo NAMP capaz de controlar com precisão a estrutura interna e os defeitos dos materiais. O Ti-6Al-4V, uma das ligas de titânio mais comumente utilizadas, preparado por meio deste processo, pode eliminar tanto os microporos quanto as microestruturas grosseiras — ambas sendo as principais responsáveis pela fadiga. Este novo material quebrou o recorde mundial de "resistência à fadiga específica" sob condições de razão de tensão "tração-tração".
No entanto, peças reais, como pás de motores de aeronaves e trem de pouso, estão sujeitas a condições de tensão extremamente complexas, incluindo não apenas cenários de "tração-tração", mas também de "tração-compressão", o que significa que a razão de tensão é variável. Diferentes razões de tensão podem acionar diferentes mecanismos de dano no interior do material. As microestruturas das ligas tradicionais de titânio frequentemente apresentam limitações — elas apresentam bom desempenho apenas sob determinadas razões de tensão específicas, mas podem ter desempenho inferior quando a razão de tensão muda. Isso torna muito difícil fabricar um material capaz de apresentar bom desempenho em todas as condições de trabalho.
Diante deste desafio mais complexo, a equipe de pesquisa identificou diversos pontos fracos nas ligas de titânio que são propensos à fissuração por fadiga e os modos de tensão sob os quais ocorrem. Utilizando o processo NAMP, produziram estruturas impressas em 3D quase isentas de poros, capazes de otimizar simultaneamente todos os pontos fracos. Essa liga de titânio impressa em 3D possui a característica de manter alta resistência à fadiga sob condições de razão de tensão total.
Os dados experimentais mostram que, em ensaios de fadiga sob diferentes razões de tensão, a resistência à fadiga deste novo material não só supera a de todas as ligas de titânio, como também sua "resistência específica à fadiga" é globalmente superior à de todos os materiais metálicos, estabelecendo um novo recorde mundial.
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