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Aug 18, 2023

Pitt é a única universidade nos EUA com esta impressora 3D gigante para metal

Escondido no subsolo do Benedum Hall de Pitt, além das peças de carros de corrida espalhadas pelos corredores, você encontrará uma máquina gigante que parece um cruzamento entre uma garagem de carros e a porta de entrada de um

Escondido no subsolo do Benedum Hall de Pitt, além das peças de carros de corrida espalhadas pelos corredores, você encontrará uma máquina gigante que parece um cruzamento entre uma garagem de carros e a porta de entrada de uma nave espacial de ficção científica. É uma impressora 3D de última geração para metal – a primeira Gefertec arc605 em qualquer universidade dos EUA

Para produzir peças metálicas grandes e especializadas, a máquina é imbatível, disse Albert To, professor William Kepler Whiteford na Escola de Engenharia Swanson e especialista em impressão 3D.

“Mesmo na ordem de dezenas de peças, isso é muito vantajoso”, disse ele. “E se você quiser incluir alguma complexidade, não poderá fazê-lo de outra forma senão a impressão 3D.”

A impressora utiliza soldagem, derretendo fios feitos de metais como aço inoxidável, titânio e ligas de alumínio e depositando-os camada por camada. As impressoras 3D de metal anteriores em laboratório, usando lasers e pó metálico, podiam produzir algumas centenas de gramas por hora; este é uma ordem de magnitude mais rápida.

[Vá aos bastidores da oficina mecânica da Escola Dietrich]

Isso torna a impressora Gefertec ideal para a produção de peças maiores que normalmente teriam que ser fundidas e usinadas, uma abordagem cara que muitas vezes não é prática para a fabricação de peças especiais em pequenos lotes. Um dos primeiros projetos de To, por exemplo, é fazer uma ponte de um metro de comprimento para o Exército dos EUA que não é mais fabricada.

Embora a tecnologia já exista há décadas, somente nos últimos anos ela se tornou confiável o suficiente para ser amplamente divulgada. “De repente, há um interesse muito grande na indústria”, incluindo na indústria aeroespacial, na energia nuclear e no petróleo e gás, disse To.

O software avançado da máquina e os recursos de “cinco eixos”, onde as peças podem ser giradas e inclinadas durante a impressão, significam que ela pode ser usada para criar peças metálicas complexas. Mas ainda há muitos problemas para resolver. Por exemplo, os metais se deformam à medida que aquecem e esfriam, um processo que To está usando a nova impressora para estudar com financiamento do Exército dos EUA e do Departamento de Energia.

Xavier Jimenez, aluno do terceiro ano de doutorado no laboratório de To, está desenvolvendo um processo de impressão 3D usando um novo tipo de alumínio de alta resistência que tem aplicações potenciais na indústria aeroespacial, mas tende a rachar quando soldado.

“É preciso ajustar todos esses parâmetros diferentes para descobrir o que produzirá a solda de melhor qualidade”, disse Jimenez. “Cada material se comporta de maneira um pouco diferente.”

Jimenez veio para Pitt em parte porque queria trabalhar com a Gefertec arc605, mas o COVID-19 atrapalhou as engrenagens e a impressora levou três anos para chegar a Pitt. A máquina é maior do que alguns estúdios e, quando chegou, teve que ser colocada no laboratório, peça por peça, por meio de um guindaste, e depois montada.

Depois de concluída a instalação, a equipe está agora testando parâmetros para a impressão 3D de diferentes metais. Ao testar a abordagem para diferentes metais e, em seguida, usar raios X e testar as propriedades do material, eles podem começar a modelar como o processo afeta uma peça – desde empenamentos visíveis até alterações na estrutura microscópica do material.

Além disso, To está colaborando com colegas para criar componentes inteligentes onde cabos de fibra óptica são incorporados em peças metálicas impressas em 3D para detectar a temperatura e a deformação da peça.

“Foi muito trabalhoso juntar todas as peças para fazer a máquina funcionar”, disse Jimenez. “Estamos muito felizes por estar aqui.”

- Patrick Monahan, fotografia de Aimee Obidzinski