MADRID 4 ago. (EUROPA PRESS) -
Cientistas do Caltech desenvolveram um método para criar objetos de metal com forma e composição específicas, alcançando um controle sem precedentes sobre as ligas e suas propriedades.
A nova técnica pode dizer aos cientistas exatamente qual combinação de metais produzirá o melhor produto. Ela também oferece uma maneira de criar ligas com propriedades benéficas determinadas por sua estrutura subjacente, como ligas de cobre-níquel surpreendentemente fortes.
"Se você observar como a metalurgia tem sido realizada há séculos, em termos gerais, ela quase sempre começa com um minério bruto, que é então tratado termicamente ou quimicamente e refinado para produzir o metal ou a liga desejada. E, basicamente, as propriedades mecânicas dos metais produzidos dessa forma são limitadas", disse Julia R. Greer, professora de Ciência dos Materiais, Mecânica e Engenharia Médica da Caltech, em um comunicado. "O que estamos demonstrando é que é possível realmente ajustar a composição química e a microestrutura dos materiais metálicos, melhorando substancialmente sua resistência mecânica.
Greer e seus colegas descrevem o novo método em um artigo publicado on-line na revista Small.
A nova técnica se baseia em um trabalho anterior do laboratório de Greer, no qual os cientistas demonstraram como usar um tipo de impressão 3D, ou manufatura aditiva, para criar estruturas metálicas complexas em microescala. Anteriormente, essa técnica, chamada de manufatura aditiva com infusão de hidrogel (HIAM), foi usada para construir cuidadosamente estruturas a partir de um único tipo de metal. No novo trabalho, a equipe descobriu uma maneira de infundir mais de um metal de cada vez, criando ligas de cobre-níquel com porcentagens personalizadas de cobre e níquel, diferenças que influenciam as propriedades do material.
O processo começa com a impressão em 3D de um material de hidrogel orgânico, depositando a resina de polímero exatamente onde desejado, camada por camada, para criar uma estrutura semelhante a um gel. Essa estrutura é então infundida com íons metálicos, despejando uma solução líquida de sais metálicos sobre a estrutura. Em seguida, em um processo chamado calcinação, os cientistas queimam o material, removendo todo o conteúdo orgânico e deixando apenas os metais. Como isso é feito na presença de oxigênio, o que resta é uma mistura de óxidos metálicos.
Em uma etapa inovadora subsequente, chamada recozimento redutor, a temperatura é elevada em um ambiente de hidrogênio, fazendo com que a maior parte do oxigênio se difunda para fora do sólido; em seguida, ele reage com o hidrogênio para formar vapor de água. Isso produz uma estrutura metálica no formato desejado, uma liga dos dois metais adicionados.
"A composição pode ser modificada à vontade, algo que não era possível com os processos metalúrgicos tradicionais", explica Greer. "Um de nossos colegas descreveu esse trabalho como a chave para a modernização da metalurgia.
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