De acordo com o Departamento de EnergiaNo Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL), os pesquisadores desenvolveram um novo sistema de extrusão que combina várias extrusoras de impressão 3D em um único fluxo de alto rendimento por meio de bicos especialmente projetados. O sistema corresponde à velocidade de extrusoras maiores, proporcionando maior flexibilidade, precisão e capacidades de impressão multimateriais.
Extrusoras grandes são pesadas, exigindo pórticos ou robôs mais fortes e mais caros para carregá-las e movê-las. À medida que a produção aumenta, a precisão diminui em aplicações de baixa produção, levando a um fluxo inconsistente. Esta inconsistência representa desafios para a impressão de peças pequenas e designs cônicos maiores, necessitando de velocidades mais lentas para evitar o acúmulo de calor que poderia resultar em deformações e falhas de impressão. A solução adaptável do ORNL permite aos usuários adicionar ou desativar extrusoras menores sem comprometer a qualidade. Mais importante ainda, a solução adaptável permite a impressão simultânea de vários materiais em um único cordão, sem a necessidade de troca de equipamento.
“Ao permitir que extrusoras de menor escala correspondam à produção de sistemas maiores sem a carga de peso additional – e ao alcançar uma extrusão multimaterial sem precedentes dentro do cordão – este sistema está preparado para redefinir a fabricação aditiva baseada em extrusão”, disse Halil Tekinalp, pesquisador do ORNL, que liderou o projeto. “Esses avanços ajudarão a fortalecer Competitividade industrial dos EUA e expandir o acesso a tecnologias de produção de ponta.”
Com sua capacidade de imprimir diferentes materiais com rapidez e precisão, esse sistema de extrusão pode criar peças que combinam resistência, flexibilidade e outras características distintas em uma única peça. Essa versatilidade o torna útil em muitos setores. Na indústria aeroespacial, poderia ser usado para faça painéis à prova de colisões ou peças que absorvam radar. No setor de energiapoderia produzir invólucros resistentes a chamas ou invólucros modulares leves e estruturas de suporte para racks de baterias ou sistemas de energia térmica, permitindo projetos escaláveis que são essenciais para a modernização da infraestrutura de energia. As equipes de defesa poderiam usá-lo para construir abrigos fortes e leves ou painéis de proteção, enquanto os usos civis variam de pontes reforçadas, pára-choques de carros e cascos de barco – tudo em uma impressão contínua.
A chave para esta solução são os blocos de bicos com patente pendente – feitos de bronze de alumínio para maior resistência e condutividade térmica – com um design interno que mescla dois fluxos de polímero fundido de extrusoras paralelas. Esse design permite que o sistema processe uma ampla gama de matérias-primas de pellets em larga escala em diversas configurações, dobrando consistentemente as taxas de fluxo e mostrando a promessa de triplicar, quadruplicar e assim por diante. O sistema de multiplexação agiliza o processo de extrusão e reduz significativamente a porosidade central através da implementação de um bico em forma de Y.
Além do bocal em Y, os pesquisadores projetaram um bocal patenteado capaz de gerar esferas de núcleo e bainha – onde um materials envolve outro – aumentando enormemente a versatilidade do fabricação aditiva multimaterial. Este desenvolvimento permite combinar com precisão dois materiais com propriedades mecânicas e/ou funcionais diferentes dentro de um único cordão. Com esses avanços, os fabricantes podem incorporar núcleos compósitos com melhor adesão entre camadas, resolvendo o problema de delaminação ou separação de camadas, que tem sido um grande obstáculo na fabricação aditiva de polímeros.
“Esta inovação abre novos horizontes de fabricação, tornando possível alcançar designs complexos, eficientes e criativos com troca dinâmica de materiais, ao mesmo tempo que evita a contaminação cruzada – o que significa que os materiais distintos permanecem puros e não se misturam involuntariamente”, disse Vipin Kumar, outro líder técnico do projeto.