Em laboratório, IA encontra parâmetros DED a 500 W para liga da NASA

Num sistema de deposição de energia dirigida alimentado por pó, com cinco eixos, investigadores da Universidade Estatal de Washington e da Universidade do Minnesota encontraram uma forma viável de imprimir a liga de cobre GRCop-42 da NASA com uma potência de laser de 500 W. O seu método orientado por inteligência artificial (IA), denominado BEAM, alcançou esse nível mínimo testado após 37 experiências malsucedidas realizadas ao longo de vários meses. As peças são demonstrações laboratoriais, não componentes qualificados para utilização aeroespacial.

A DED é um processo de impressão 3D de metais que utiliza um laser e uma alimentação de pó metálico para construir uma peça. A GRCop-42 é uma liga de cobre, crómio e nióbio desenvolvida pela NASA para aplicações aeroespaciais a altas temperaturas. A sua condutividade térmica e as suas propriedades a temperaturas elevadas tornam-na adequada para componentes expostos a fluxos de calor elevados, mas o cobre absorve relativamente pouca radiação infravermelha dos lasers de fibra convencionais e dissipa rapidamente o calor da região de processamento. A equipa descreve como particularmente difícil estabelecer uma janela de processo abaixo de 900 W.

A BEAM reduz essa pesquisa ao aprender com impressões anteriores bem e malsucedidas, selecionar combinações de parâmetros promissoras e atualizar o seu modelo após cada teste físico. Ao contrário da optimização bayesiana convencional, que normalmente procura um óptimo, a BEAM procura várias configurações viáveis e utiliza conhecimento do domínio para excluir combinações irrealistas. Neste estudo, testou potências de laser fixas de 950 W, 700 W, 600 W e 500 W, com um orçamento inicial de dez experiências a cada nível.

As configurações bem-sucedidas apontaram para uma ideia importante sobre o processo: geralmente combinavam velocidades de varrimento elevadas com alturas de camada reduzidas. Uma configuração viável de 700 W utilizou uma velocidade de varrimento de 1 600 mm/min e uma altura de camada de 0,11 mm. A 500 W, a configuração bem-sucedida utilizou uma velocidade de varrimento de 250 mm/min e uma altura de camada de 0,3 mm. Os investigadores começaram por demonstrar as configurações em blocos de teste e, depois, produziram provetes cilíndricos maiores. Após a maquinagem, um cilindro impresso a 700 W apresentou um interior sólido, com defeitos mínimos, enquanto a sua secção transversal mostrava uma transição uniforme entre Inconel 718 e GRCop-42.

A consequência prática é um percurso mais curto e direccionado para as equipas que estabelecem parâmetros de fabrico aditivo de metais: o estudo centrou-se na redução do tempo e dos recursos necessários para identificar condições viáveis e afirma que o resultado poderá alargar o acesso a sistemas DED de menor potência. A campanha durou três meses, mas não qualificou as peças para utilização aeroespacial. O próximo passo dos investigadores é estender a BEAM a ligas e composições adicionais.