Cientistas acabam de encontrar uma maneira de imprimir em 3D um dos metais mais duros da Terra

Os metal duros WC-Co são essenciais para aplicações que exigem forte resistência ao desgaste e alta dureza, incluindo ferramentas de corte e construção. Tradicionalmente, esses materiais são produzidos através da metalurgia do pó. Neste processo, os pós de WC e Co são comprimidos sob alta pressão e aquecidos em máquinas de sinterização para formar metal duro sólido. Embora este método produza produtos finais muito duráveis, utiliza quantidades significativas de matérias-primas caras e gera rendimentos ineficientes.

Para resolver esse problema, os pesquisadores exploraram uma abordagem diferente usando a manufatura aditiva (AM, também conhecida como impressão 3D). Seu trabalho também incorpora uma técnica chamada irradiação laser de fio quente. Juntos, esses métodos visam criar carbonetos cimentados que retêm sua resistência e durabilidade, ao mesmo tempo que reduzem o desperdício de material e os custos de produção.

As descobertas foram publicadas no Jornal Internacional de Metais Refratários e Materiais Duros e estão programados para aparecer na edição impressa da revista de abril de 2026.

Abordagem de fabricação aditiva baseada em laser

O estudo examinou a fabricação aditiva usando irradiação laser de fio quente e testou duas estratégias de fabricação diferentes. A irradiação a laser com fio quente (também chamada de soldagem com fio quente a laser) combina um feixe de laser com um fio de enchimento aquecido. Este emparelhamento aumenta a taxa de deposição (quanto metal de adição é adicionado) e melhora a eficiência geral da fabricação.

Em uma das abordagens experimentais, a haste de metal duro lidera a direção de fabricação enquanto o laser irradia diretamente o topo da haste. Na segunda abordagem, o laser lidera o processo e direciona a energia entre a parte inferior da haste de metal duro e o material base (ferro). Em ambas as técnicas, os materiais são amolecidos durante a fabricação, em vez de totalmente derretidos para formar a estrutura de metal duro.

“Os carbonetos cimentados são materiais extremamente duros usados ​​para cortar arestas de ferramentas e aplicações semelhantes, mas são feitos de matérias-primas muito caras, como tungstênio e cobalto, tornando a redução do uso de material altamente desejável. Usando a fabricação aditiva, o metal duro pode ser depositado apenas onde é necessário, reduzindo assim o consumo de material”, disse o autor correspondente Keita Marumoto, professor assistente da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima.

Alcançando Dureza Industrial Livre de Defeitos

Os experimentos mostraram que esta estratégia de fabricação aditiva pode preservar a dureza e a resistência mecânica normalmente alcançadas através de métodos de fabricação convencionais. O material resultante atingiu níveis de dureza acima de 1400 HV (unidade que representa resistência à penetração), evitando defeitos ou quebra do material.

Materiais com esse nível de dureza estão entre os mais resistentes usados ​​em aplicações industriais e estão logo abaixo dos materiais superduros, como safira e diamante. Produzir moldes de metal duro sem defeitos parece alcançável com esta abordagem, que era o objetivo principal da pesquisa. No entanto, os resultados variaram dependendo do método de fabricação utilizado.

Por exemplo, a técnica de haste levou à decomposição do WC próximo à parte superior da construção, o que criou defeitos no material acabado. O método líder em laser também lutou para manter a dureza necessária para o sucesso.

Os pesquisadores abordaram essas questões introduzindo uma camada intermediária à base de liga de níquel. Combinado com um controle cuidadoso das condições de temperatura (acima do ponto de fusão do cobalto, abaixo da temperatura de crescimento do grão), esse ajuste possibilitou a produção de metal duro por meio da manufatura aditiva, preservando a dureza do material.

Melhorias e aplicações futuras

Os resultados fornecem um ponto de partida promissor para um maior desenvolvimento. O trabalho futuro se concentrará na redução de fissuras durante a fabricação e na possibilidade de criação de formas mais complexas.

“A abordagem de formar materiais metálicos amolecendo-os em vez de fundi-los completamente é nova e tem potencial para ser aplicada não apenas a carbonetos cimentados, que foram o foco deste estudo, mas também a outros materiais”, disse Marumoto.

Olhando para o futuro, os pesquisadores pretendem fabricar ferramentas de corte, investigar o uso de outros materiais e continuar estudando formas de melhorar a durabilidade das peças feitas com essa técnica.

O presente estudo foi conduzido por Keita Marumoto e Motomichi Yamamoto da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima.