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Apr 12, 2023

Usando impressão 3D para fortalecer motores a jato

Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia, Moscou, Rússia Engenheiros Skoltech

Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia, Moscou, Rússia

Os engenheiros da Skoltech usaram uma impressora 3D para fabricar – e investigar as características mecânicas de – amostras de ligas de aço-bronze anteriormente desconhecidas pela ciência dos materiais. Combinando as propriedades distintas do bronze e do aço, as novas ligas podem ser usadas para fabricar câmaras de combustão para aeronaves e motores de foguetes. Isso se beneficiaria da capacidade do aço de suportar temperaturas extremas e da capacidade do bronze de conduzir o calor para fora da câmara.

“A impressão 3D é promissora para a fabricação de peças compostas, dotadas das propriedades dos dois materiais distintos que compõem o compósito”, disse o professor associado Igor Shishkovsky, da Skoltech Materials. "Considere, por exemplo, que o aço é resistente às altas temperaturas criadas pela combustão de combustível em um motor em operação. Isso é ótimo, mas comparado ao bronze, o aço é um condutor térmico modesto, de modo que o líquido de arrefecimento do motor não pode desviar o calor dele como efetivamente para evitar superaquecimento e danos. Bem, com a impressão 3D, você pode realmente obter o melhor dos dois mundos fabricando uma câmara de combustão que passa de bronze por dentro para melhor gerenciamento de temperatura a aço por fora para manter a estrutura junto."

A equipe relatou a primeira síntese de uma liga de aço-bronze usando uma técnica de impressão 3D chamada deposição direta a laser, que derrete e funde ingredientes em pó por meio de feixe de laser em todos os pontos sucessivos da peça de metal à medida que ela é criada.

A equipe Skoltech, de fato, combinou bronze e aço de duas maneiras diferentes — obtendo ligas quase homogêneas e estruturas sanduíche. No primeiro, os dois materiais estão misturados de maneira uniforme em toda a amostra, enquanto o último consiste em uma série de camadas alternadas de 0,25 mm de espessura de bronze e aço. Os pesquisadores usaram um tipo de aço, mas variaram seu conteúdo na liga de 25% a 50% e experimentaram três variedades comuns de bronze.

Os resultados confirmaram que os dois materiais fundiram bem, sem formação de defeitos, e investigaram as propriedades estruturais e mecânicas da liga bronze-aço. Para fazer isso, a equipe criou barras verticais de baixo para cima e examinou sua forma, composição química e microestrutura.

"Quando algo dá errado, a forma da amostra pode ficar visivelmente distorcida ou pode quebrar em camadas durante a impressão 3D. Isso geralmente significa que os materiais usados ​​não são adequados ou as condições não foram definidas corretamente", disse Shishkovsky.

Não encontrando problemas até agora, os pesquisadores cortaram pedaços minúsculos de diferentes partes das amostras e investigaram sua estrutura interna com microscopia óptica e eletrônica de varredura. As principais características mecânicas foram então obtidas em uma ampla gama de ensaios mecânicos de compósitos sanduíche continuados até sua destruição.

“Agora que confirmamos que o aço e o bronze podem ser combinados em uma liga e são compatíveis com a impressão 3D via deposição direta a laser, e conhecemos as características mecânicas do novo material, podemos explorar suas possíveis aplicações”, disse o primeiro autor Konstantin Makarenko, estudante, Materiais Skoltech. “Pensando no futuro, gostaria de fabricar e testar uma câmara de combustão de aço-bronze na Skoltech, mas além disso, outros itens são possíveis e outras combinações de metais podem ser usadas.

"O próximo passo seria criar pás de turbina feitas de uma superliga reforçada com canais de resfriamento feitos de bronze. Trata-se de combinar os benefícios de dois materiais distintos em um produto sem costura, sem solda ou outras junções."

Para mais informações, entre em contato com a Skoltech Communications em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você deve habilitar o JavaScript para visualizá-lo.; +7 495-280-1481.

Este artigo apareceu pela primeira vez na edição de junho de 2023 da Tech Briefs Magazine.