Cientistas imprimem em 3D um dos materiais mais duros do mundo

Pesquisadores da Universidade de Hiroshima desenvolveram uma nova técnica de impressão 3D capaz de fabricar carboneto de tungstênio-cobalto (WC-Co), um dos materiais mais duros usados pela indústria, com menos matéria-prima sem comprometer a resistência. O avanço pode reduzir custos e desperdícios na produção de ferramentas de corte e componentes industriais.

O método promete preserva as propriedades mecânicas do material sem a necessidade de fundi-lo completamente, o que pode ampliar as possibilidades de fabricação de brocas, equipamentos de usinagem e outros componentes submetidos a desgaste intenso. Os resultados foram divulgados pela revista International Journal of Refractory Metals and Hard Materials.

Como funciona a nova impressão 3D

O carboneto de tungstênio-cobalto é empregado em aplicações que exigem alta resistência ao desgaste, pressão e uso contínuo. Sua estrutura combina partículas de carboneto de tungstênio, responsáveis pela dureza, com cobalto, que atua como um aglutinante e mantém o material unido.

Atualmente, essas peças são produzidas principalmente por metalurgia do pó, processo que utiliza grandes quantidades de tungstênio e cobalto — matérias-primas de alto custo — e pode gerar desperdício durante a fabricação. Para contornar esse problema, os pesquisadores recorreram à manufatura aditiva, conhecida como impressão 3D.

Em vez de moldar toda a peça ou remover material até obter o formato desejado, a técnica deposita o carboneto apenas nas regiões necessárias.

O processo utiliza um laser combinado a um fio metálico pré-aquecido. Em vez de fundir completamente o material, o sistema o aquece apenas o suficiente para permitir sua deposição.

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Segundo os pesquisadores, essa estratégia preserva melhor a estrutura interna do material, responsável por sua elevada dureza, ao mesmo tempo que reduz a energia necessária durante a fabricação.

Impressão 3D mantém dureza de nível industrial

Nos experimentos, a equipe testou duas formas diferentes de deposição e avaliou as propriedades mecânicas das amostras.

Após ajustes no processo, incluindo a utilização de uma camada intermediária de liga de níquel e um controle rigoroso da temperatura, os pesquisadores conseguiram produzir amostras sem defeitos relevantes e com dureza superior a 1.400 HV na escala Vickers.

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Esse nível de resistência coloca o material entre os mais sólidos já utilizados pela indústria, abaixo apenas de substâncias superduras, como safira e diamante.