A Universidade de Sheffield usa sólidos

26 de outubro de 2022

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Pesquisadores do grupo Sheffield Titanium Alloy Research (STAR), parte da Universidade de Sheffield, no Reino Unido, fizeram parceria com a ECKART GmbH, Schluechtern, Alemanha, para converter os pós de liga de alumínio excedentes da atomização em material de folha em duas etapas de estado sólido para uso em aplicações aeroespaciais. O projeto combinou a tecnologia de sinterização assistida em campo (FAST) com laminação a quente para converter os pós de liga de alumínio excedentes da atomização em material de folha em duas etapas de estado sólido. Eckart forneceu o pó de liga A20X usado pelos pesquisadores.

As técnicas de manufatura aditiva são geralmente promovidas como tendo reduzido o desperdício de material em comparação com a metalurgia convencional, mas a faixa de tamanho de partícula atomizada é frequentemente negligenciada como um problema. A economia dos negócios exige que processos alternativos sejam utilizados para converter esses pós excedentes em produtos úteis, para garantir que o mercado de AM seja econômico e atenda às metas de sustentabilidade. Este fator chave informa a fundação desta pesquisa.

A tecnologia de sinterização assistida em campo pode fornecer uma rota alternativa de processamento em estado sólido para consolidar esses pós excedentes em tarugos para processamento subsequente. Isso permite a produção de produtos úteis a partir dessa matéria-prima, ao mesmo tempo em que melhora a sustentabilidade na cadeia de suprimentos da Manufatura Aditiva.

Este projeto vai um passo além e combina FAST com laminação a quente para converter o excesso de pó de liga de alumínio da atomização em material de folha em duas etapas de estado sólido. A FAST pode efetivamente consolidar o pó em tarugos totalmente densos, que são então laminados a quente em folhas.

Por meio de testes de tração, os resultados deste projeto revelaram que as propriedades resultantes desse processo eram comparáveis ​​ao material convencional usado em aplicações aeroespaciais.

A pesquisa pré-existente focada no FAST de pós metálicos auxiliou no desenvolvimento deste projeto. Isso estimulou um projeto de estudante do último ano - projetado pelo Dr. Simon Graham, Research Associate MAPP - Future Manufacturing Hub e liderado por Alicia Patel, estudante de Engenharia Aeroespacial da BEng - após a conclusão desta pesquisa em estágio inicial, o projeto foi desenvolvido em um esforço liderado pelo Dr. Graham.

A pesquisa também foi informada por trabalhos realizados em Sheffield relacionados ao processamento de pós de titânio que são superdimensionados para fabricação aditiva de fusão de leito de pó de feixe de laser (PBF-LB), onde os métodos de cruzamento foram identificados como relevantes. Ao revisar a literatura existente, acredita-se que apenas um artigo tenha sido publicado, especializado em alumínio puro laminado a quente, produzido pela FAST. Pesquisas publicadas anteriormente sobre a liga A20X consideraram apenas AM ou material fundido.

Diz-se que a pesquisa mostrou que o FAST pode consolidar rapidamente pós de liga de alumínio, incluindo A20X, com uma grande faixa de tamanho de partícula em materiais totalmente densos. O A20X FAST de 80 mm de diâmetro resultante também foi laminado a quente com sucesso de sua espessura inicial de 15 mm para uma folha de 2 mm, embora alguma otimização posterior seja necessária para evitar defeitos nas bordas da folha.

Alguns materiais A20X fundidos convencionais – com as mesmas dimensões iniciais – também foram laminados a quente nas mesmas condições. Testes de tração mostraram que – antes e depois do tratamento térmico – o material FAST exibiu propriedades semelhantes ao fundido e foram comparáveis ​​a outras chapas de alumínio usadas em aplicações aeroespaciais.

Essas descobertas foram apresentadas pelo Dr. Simon Graham no World PM2022 em uma palestra intitulada 'Processamento de estado sólido de pós de liga de alumínio excedentes por meio de uma combinação de tecnologia de sinterização assistida em campo e laminação a quente'.

O resultado deste projeto demonstrou que existe uma rota de processamento viável para converter os pós de liga excedentes em material de folha com boas propriedades mecânicas. Embora os impactos positivos de longo prazo não possam ser quantificados nesta fase, há impactos econômicos claros. Esses benefícios econômicos estão relacionados a novos fluxos de receita para atomizadores, bem como a uma possível redução de custos de pós para manufatura aditiva.