Como o avanço rápido da impressão 3D em metal pode ser útil na construção
21 February 2024
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) declararam um avanço na fabricação aditiva que lhes permite imprimir líquidos em 3D muito mais rapidamente.
E alegaram que a nova técnica, chamada impressão em metal líquido (LMP), poderia ser utilizada em aplicações arquitetônicas e de construção.
Skylar Tibbits, professor associado do Departamento de Arquitetura do MIT, autor sênior de um novo artigo sobre a técnica, disse ao Construction Briefing : “Arquitetonicamente, estamos interessados em qualquer estrutura de alumínio, desde fachada externa, fenestração e telas, até detalhes externos, como grades, suportes e componentes, além de detalhes de interiores como prateleiras, biombos e móveis.
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“O alumínio é amplamente utilizado na arquitetura por ser leve, reciclável e facilmente trabalhável. Provavelmente não fabricaríamos componentes estruturais ou reforços de vergalhões, já que não imprimimos com aço, mas isso poderia ser uma possibilidade no futuro.”
LMP envolve a deposição de alumínio fundido ao longo de um caminho predefinido em um leito de minúsculas esferas de vidro. O metal endurece em uma estrutura 3D em um processo que os pesquisadores afirmam ser 10 vezes mais rápido do que processos comparáveis de fabricação aditiva.
A estrutura 3D criada no processo de impressão é durável o suficiente para resistir à usinagem pós-impressão, como fresamento e mandrilamento.
Os pesquisadores por trás do processo disseram no novo artigo que, dentro da arquitetura e da construção, a fabricação aditiva por arco de soldagem é uma das únicas técnicas de aditivos metálicos com capacidade de produzir peças em grande escala e que esse processo é limitado por velocidades lentas de impressão.
Mas há uma compensação.
Embora o LMP permita uma impressão mais rápida em escala, com componentes de impressão maiores do que aqueles normalmente produzidos por técnicas aditivas mais lentas, ele não consegue atingir resoluções tão altas.
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Isso torna difícil adicionar detalhes finos. Mas os investigadores do MIT argumentaram que isto ainda o tornava adequado para algumas aplicações de construção. No artigo, eles disseram: “A impressão em metal líquido é conceitualmente semelhante à fundição de forma livre, onde uma grande quantidade de metal é derretida e rapidamente distribuída ao longo de um percurso de ferramenta predefinido para produzir uma forma 3D.
“O setor da construção é responsável por cerca de um terço das emissões globais de energia e processos. Entre os materiais produzidos mais de um milhão de toneladas por ano, a grande maioria é utilizada para fins estruturais, incluindo concreto, aço e alumínio.”
Eles argumentaram que isto significa que a vida útil de um material precisa de “consideração substancial” e que a impressão 3D em alumínio poderia oferecer benefícios ambientais devido à “retenção de metal potencialmente elevada entre a fundição e a reformulação na sua reciclagem”.
Vantagens sobre WAAM
O professor Tibbits disse: “Esta é uma direção completamente diferente na forma como pensamos sobre a fabricação de metal, que apresenta enormes vantagens. Também tem desvantagens. Mas a maior parte do nosso mundo construído – as coisas ao nosso redor como mesas, cadeiras e edifícios – não precisa de resolução extremamente alta. Velocidade e escala, e também repetibilidade e consumo de energia, são métricas importantes.”
Os pesquisadores também afirmaram que a nova técnica tem vantagem sobre a fabricação aditiva de arco de arame (WAAM), que já está entrando em aplicações de construção e arquitetura , o que permite a produção de estruturas grandes e de baixa resolução.
Eles disseram que enquanto as estruturas WAAM podem ser propensas a rachaduras e empenamentos porque algumas partes precisam ser fundidas novamente durante o processo de construção, o LMP mantém o material fundido durante todo o processo, evitando alguns desses problemas estruturais.
Como funciona
O processo LMP funciona depositando pedaços de alumínio do tamanho de um pão em um forno elétrico e aquecendo-os a 700°C. O alumínio é mantido em um cadinho de grafite e alimentado através de um bico de cerâmica até uma base de impressão ao longo de um caminho predefinido. Mas ao injetar o material fundido em uma substância granular, os pesquisadores não precisam de suportes de impressão para segurar a estrutura à medida que ela toma forma.
O autor principal, Zain Karsan, que agora é estudante de doutorado na ETH Zurich, acrescentou: “Nossa taxa de processo é realmente alta, mas também é muito difícil de controlar. É mais ou menos como abrir uma torneira. Você tem um grande volume de material para derreter, o que leva algum tempo, mas depois de derreter é como abrir uma torneira. Isso nos permite imprimir essas geometrias muito rapidamente.”
À medida que desenvolvem a tecnologia, os pesquisadores querem permitir um aquecimento mais consistente no bico para evitar que o material grude e também para obter melhor controle sobre o fluxo do material fundido.
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