Da refrigeração de instalações energéticas aos invólucros de eletrónica de potência: o Skoltech dominou a impressão 3D com ligas de cobre.

Impressão 3D em bronze de alumínio

Uma equipa de investigação do Skoltech e de outras organizações científicas russas e indianas adaptou a tecnologia de impressão 3D para fabricar peças em bronze de alumínio. Este material é promissor para componentes que operam sob forte ação térmica, como permutadores de calor e carcaças de eletrónica de potência, segundo a assessoria de imprensa do Skoltech.

O bronze de alumínio tem elevada condutividade térmica e é bem adaptado ao fabrico aditivo, mas a sua impressão é dificultada pela elevada refletividade e pela rápida dissipação do calor. Como consequência, surgem defeitos - poros de falta de fusão e porosidade do tipo keyhole.

Os investigadores ajustaram a densidade de energia ao alterar a potência do laser e a velocidade de varrimento. Verificou-se que, com densidade de energia baixa, predominam os poros de falta de fusão, enquanto, com densidade elevada, aparecem sobretudo poros do tipo keyhole. O nível total de porosidade rondou 5% em todos os regimes.

Mesmo com a porosidade residual, as amostras apresentaram propriedades mecânicas superiores às do bronze de alumínio fundido. A resistência à tração atingiu até 748 MPa, e o alongamento relativo chegou até 16,2%.

Os cientistas deram especial atenção à evolução da composição de fases. Durante a cristalização ultrarrápida, foram identificadas fases que não são típicas da estrutura de equilíbrio do bronze de alumínio. O aumento da densidade de energia leva à diminuição da fase que contribui principalmente para a dureza e a resistência do material, mas que prejudica a condutividade elétrica e térmica.

As medições da condutividade térmica mostraram que as amostras obtidas com elevada densidade de energia atingem 47 W/(m·K) à temperatura ambiente, valor próximo do do material fundido, mas com resistência muito superior. Isto abre a possibilidade de produzir componentes de geometria complexa por fusão seletiva por laser, com resistência e condutividade térmica ao nível dos equivalentes fundidos tradicionais e, em vários aspetos, acima deles.

O estudo estabeleceu ainda uma correlação direta entre a densidade de discordâncias, a condutividade térmica e a condutividade elétrica, o que permite prever as propriedades do material na fase de seleção dos parâmetros de impressão.