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Pesquisa publicada no International Journal of Refractory Metals and Hard Materials demonstra que é possível imprimir em 3D carboneto de tungstênio-cobalto utilizando laser com fio quente e camada intermediária de liga de níquel, preservando dureza superior a 1400 HV e reduzindo desperdício de matérias-primas caras
Pesquisadores investigaram como imprimir em 3D carboneto de tungstênio-cobalto (WC-Co), material amplamente utilizado em ferramentas industriais. O estudo analisou uma técnica baseada em laser e fio quente para reduzir desperdício de matérias-primas caras sem comprometer a dureza.
O carboneto de tungstênio-cobalto é conhecido por sua dureza extrema e resistência ao desgaste. Essas propriedades o tornam essencial em aplicações industriais como ferramentas de corte e componentes usados na construção. Ao mesmo tempo, essa mesma resistência dificulta processos de fabricação convencionais e eleva o consumo de matérias-primas.
Tradicionalmente, a produção desses carbonetos cimentados ocorre por meio da metalurgia do pó. Nesse processo, partículas de WC e Co são comprimidas sob alta pressão e depois aquecidas em equipamentos de sinterização, formando estruturas sólidas de carboneto cimentado.
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Embora essa técnica produza materiais altamente duráveis, ela utiliza quantidades significativas de tungstênio e cobalto. Como essas matérias-primas são caras, pesquisadores têm buscado formas de reduzir desperdícios e melhorar a eficiência da fabricação.
Nesse contexto, a possibilidade de imprimir em 3D carboneto cimentado surge como alternativa para produzir componentes apenas nas áreas necessárias.
A abordagem foi investigada em estudo publicado no International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, com previsão de publicação impressa em abril de 2026.
Como funciona a tentativa de imprimir em 3D carboneto cimentado
O estudo avaliou uma técnica de manufatura aditiva que combina irradiação a laser com um fio metálico aquecido. Esse método, chamado de soldagem a laser com fio quente, aumenta a taxa de deposição de material e melhora a eficiência do processo.
Ao imprimir em 3D utilizando essa abordagem, o fio aquecido é alimentado junto ao feixe de laser. Isso permite depositar metal de forma controlada enquanto o material se amolece durante a fabricação, sem a necessidade de fusão completa.
Os pesquisadores testaram duas estratégias distintas durante os experimentos. Ambas buscavam formar estruturas de carboneto cimentado mantendo propriedades semelhantes às obtidas por métodos industriais tradicionais.
Na primeira estratégia, uma barra de carboneto cimentado orienta a direção do processo enquanto o laser incide diretamente sobre a parte superior dessa barra. Na segunda, o laser direciona a energia entre a base da barra de carboneto cimentado e um material base de ferro.
Resultados de dureza e resistência do material produzido
Os testes mostraram que a estratégia de imprimir em 3D carboneto cimentado pode preservar propriedades mecânicas importantes. O material fabricado apresentou níveis de dureza superiores a 1400 HV, valor usado para medir resistência à penetração.
Materiais com essa dureza estão entre os mais resistentes utilizados em aplicações industriais. Eles ficam apenas abaixo de materiais superduros, como safira e diamante, em termos de resistência.
Outro resultado relevante foi a possibilidade de produzir moldes de carboneto cimentado sem defeitos estruturais. Esse objetivo representava um dos principais focos da pesquisa conduzida pelos cientistas envolvidos.
Apesar disso, os resultados variaram conforme o método de fabricação utilizado. Cada abordagem apresentou desafios específicos relacionados à integridade do material e à manutenção da dureza necessária.
Problemas identificados durante os experimentos
No método em que a haste de carboneto cimentado guiava o processo, os pesquisadores observaram decomposição do WC próximo à parte superior da estrutura formada. Esse fenômeno gerou defeitos no material final produzido.
Já no método em que o laser orientava diretamente a fabricação, surgiram dificuldades para manter níveis de dureza considerados adequados para aplicações industriais. Esses resultados indicaram que ajustes adicionais seriam necessários.
Para superar essas limitações, os pesquisadores introduziram uma camada intermediária baseada em liga de níquel. Essa camada ajudou a estabilizar a estrutura durante o processo de fabricação.
Além disso, foi necessário controlar cuidadosamente as condições de temperatura. O processo foi mantido acima do ponto de fusão do cobalto, mas abaixo da temperatura que provoca crescimento excessivo de grãos no material.
Com essas alterações, tornou-se possível imprimir em 3D carboneto cimentado preservando a dureza e reduzindo defeitos estruturais. O resultado demonstrou que a manufatura aditiva pode ser usada para produzir esse tipo de material extremamente duro.
Possíveis aplicações e próximos passos da pesquisa
Os resultados são considerados um ponto de partida para novas investigações. Pesquisadores pretendem trabalhar na redução de fissuras durante o processo e na produção de geometrias mais complexas.
O estudo também indicou que moldar metais por meio do amolecimento do material, em vez de fusão completa, pode representar uma abordagem inovadora para fabricação de componentes industriais.
Além de continuar explorando maneiras de imprimir em 3D carbonetos cimentados, os pesquisadores planejam investigar a aplicação da técnica em outros materiais metálicos. Outra linha de trabalho será fabricar ferramentas de corte utilizando o método.
A pesquisa foi conduzida por Keita Marumoto e Motomichi Yamamoto, da Escola de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia Avançadas da Universidade de Hiroshima. Também participaram Takashi Abe, Keigo Nagamori, Hiroshi Ichikawa e Akio Nishiyama, da Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation.
Os cientistas pretendem aprofundar estudos para melhorar a durabilidade das peças fabricadas com essa técnica. O avanço poderá contribuir para métodos de produção que utilizem menos matérias-primas caras e permitam fabricar componentes industriais apenas nas regiões necessárias.
Este artigo foi elaborado com base em informações do estudo publicado no International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, conduzido por pesquisadores da Universidade de Hiroshima e da Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation.
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