Engenheiros criam titânio impresso em 3D 50% mais forte que ligas aeroespaciais

A engenharia trabalha hoje na fronteira entre a inovação e a natureza. Neste contexto, o Engenharia 360 gostaria de destacar a recente descoberta dos engenheiros australianos do Instituto Real de Tecnologia de Melbourne. Eles conseguiram desenvolver um material à base de titânio por meio da impressão 3D. O mesmo seria mais forte do que a melhor liga de densidade semelhante atualmente usada na indústria aeroespacial. Leia mais sobre esse avanço tecnológico no artigo a seguir!

O segredo por trás da descoberta dos engenheiros

O novo material desenvolvido pelos cientistas australianos difere dos metais tradicionais, cuja resistência depende essencialmente de sua composição química. Explicando melhor, esse metamaterial em titânio possui uma estrutura dupla altamente projetada para distribuir o estresse uniformemente e evitar pontos fracos comuns em modelos tradicionais de engenharia. Trata-se de uma rede tubular oca com faixas internas que se cruzam em forma de ‘X’, combinando leveza e alta resistência.

A saber, a inspiração para sua criação, numa abordagem biomimética, esteve baseada em formas naturais, como caules ocos de plantas ((nenúfar, vitória-régia) e os corais (Tubipora musica).

Vantagens do titânio impresso em treliça dupla

• Distribuição uniforme de estresse: Evita a concentração de tensões, que geralmente causam falhas prematuras.
• Desvio de fissuras: A estrutura impede que rachaduras se propaguem facilmente, aumentando a vida útil.
• Leveza combinada com resistência: A estrutura oca reduz o peso sem comprometer a integridade.

A impressão 3D como catalisador para a inovação

Replicar as estruturas naturais sempre foi um grande desafio para a engenharia, especialmente utilizando materiais metálicos, que tendem a falhar em regiões com geometrias ocadas. A solução veio então com a impressão 3D, especialmente por fusão de pó a laser (DMLS), que possibilitou uma construção milimetricamente precisa e controlada, eliminando os problemas históricos de falha estrutural. 

Aliás, a tecnologia permite a criação de objetos em diferentes dimensões, que variam em poucos milímetros há vários metros, dependendo da impressora utilizada – o que só aumenta o seu potencial de aplicação industrial.

Testes e resultados

Utilizando a impressão 3D com fusão a laser de pó metálico, os pesquisadores australianos conseguiram criar um material de altíssima resistência mecânica e leveza incomparáveis. Em laboratório, eles testaram um cubo de titânio impresso e se surpreenderam com o resultado: resistência à compressão 50% maior do que a liga WE54 – uma das ligas de magnésio mais usadas no setor aeroespacial -, e resistência à temperatura de até 300 graus Celsius. 

Inclusive, os engenheiros afirmam que, com pequenas alterações na liga usada, essa resistência térmica poderia chegar a 600 graus Celsius, ampliando o leque de aplicações para ambientes externos, como motores de foguetes e aeronaves supersônicas.

Aplicações práticas do novo metamaterial

• Produção de peças em diferentes escalas (de milímetros a metros)
• Componentes aeroespaciais (aviões, foguetes, satélites e drones)
• Estruturas de drones para combate a incêndios
• Implantes médicos personalizados (próteses e substitutos ósseos)
• Integração óssea facilitada pela porosidade do material
• Menor risco de rejeição em procedimentos médicos
• Redução de peso em veículos = mais eficiência e economia de combustível
• Potencial de uso por grandes empresas, startups e setor público
• Tendência de redução de custos com o avanço da impressão 3D metálica

O futuro da engenharia com titânio impresso em 3D

Estamos diante de uma nova era, com quebra de paradigmas na Engenharia de Materiais. A criação desse metamaterial prova que podemos ir além do que imaginamos com a impressão 3D, biomédica, ciência dos materiais e engenharia estrutural. Por outro lado, a produção desse novo metamaterial impresso em 3D com titânio parece ainda ser um desafio.

É preciso avaliar diversas questões técnicas. No entanto, os pesquisadores estão otimistas de que, com o tempo, a tecnologia se tornará acessível e rápida, disponível para as empresas investirem e comercializarem.

Até onde se sabe, neste momento, estão sendo conduzidas pesquisas semelhantes em paralelo. Um exemplo é a investigação dos chineses para eliminar microburacos e melhorar a resistência à fadiga do titânio impresso em 3D por meio de tratamentos isotérmicos e térmicos, ampliando mais a durabilidade e aplicabilidade do material.

Para encerrar este artigo, convidamos você a conferir este vídeo que apresenta uma inovação impressionante: uma malha de titânio impressa em 3D com alta precisão, utilizando fusão a laser de metal em pó. O resultado? Um material leve, resistente e extremamente detalhado – perfeito para aplicações industriais de ponta. Assista:

Veja Também: Qual o material mais forte na indústria da Engenharia?

Fontes: Inovação Tecnológica, Olhar Digital.

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