Existem metais que exibem um grande estado de vidro?

O plástico é usado na impressão 3D FDM / FFF, em parte porque possui uma ampla faixa de temperatura para o seu estado de vidro - onde pode fluir com alguma força, mas não flui apenas devido à gravidade.

A maioria dos metais tem um estado de vidro muito estreito ou inexistente. Eles fazem a transição do sólido para o líquido com quase nenhum estado fluível, mas não líquido.

Existem metais ou ligas que exibem um estado de transição vítrea?

Algumas coisas são necessárias para materiais de impressão 3D eficazes no estilo de extrusão:

• Ele deve permanecer onde está colocado pelo bico por tempo suficiente para endurecer (ou, alternativamente, para pastas e outros, ter um perfil viscoso tixotrópico ou afinador ao cisalhamento, para que não flua com seu próprio peso).
• Se estiver usando uma extrusora de filamentos, ela deve ter uma ampla faixa de viscosidade que varia gradualmente em uma faixa considerável de temperatura. Isso é necessário para desenvolver o comportamento adequado de cisalhamento semi-fundido da "zona de cobertura" que permita que o filamento de entrada atue como um pistão e gere pressão a montante do bico. As extrusoras de pellets têm um requisito semelhante, mas estão relacionadas ao cisalhamento de parafuso / parede em vez de cisalhamento de filamento / parede. Se não usar filamentos nem pellets, como impressoras de argila, o material deve ser bombeável por uma bomba de deslocamento positivo. (É possível bombear metal fundido, mas o custo é bastante alto.)
• Ele deve formar algum tipo de ligação com material sólido previamente depositado, sem precisar estar em um estado que flua rapidamente e perca a forma.
• Ele deve ter alguma combinação de baixo encolhimento, capacidade de fluência à temperatura ambiente da impressora e / ou baixa rigidez que permite que camadas consecutivas sejam empilhadas sem uma quantidade inaceitável de distorção.

Os metais líquidos tendem a ter um conflito entre "Permanecer onde você o coloca" e "ligação com a camada anterior". Para que o metal depositado seja totalmente aderido, o material da interface precisa atingir o ponto de fusão para que uma verdadeira solda por fusão ocorra. E, para fornecer calor suficiente para remodelar a interface sem uma fonte de calor adicional como um arco, o metal fundido depositado precisa estar muito quente. Portanto, ele tenderá a funcionar enquanto esfria. A alta densidade e a alta capacidade de aquecimento fazem com que ele corra rapidamente e esfrie lentamente.

Praticamente todas as impressões 3D de metal DIY (como as feitas por soldadores MIG com alimentação por arame) acabam parecendo algo assim:

https://3dprint.com/29944/diy-metal-printing-garage/

Em comparação, os polímeros têm longas cadeias moleculares que lhes permitem "soldar por difusão" e aderir SEM remodelar completamente a interface. O plástico líquido derretido grudará no plástico sólido com bastante eficiência. A interface só precisa esquentar o suficiente para que uma difusão apreciável entrelaça as cadeias moleculares. Isso ocorrerá entre o ponto de vidro e o ponto de fusão, sem que ocorra uma fusão verdadeira. Assim, você pode imprimir plástico derretido a uma temperatura em que fique no lugar por tempo suficiente para endurecer e ainda assim obter uma boa ligação.

Os metais também tendem a ser muito rígidos, o que incentiva a deformação. É difícil criar um ambiente aquecido com temperatura suficiente para aliviar adequadamente o estresse de contração térmica à medida que a impressão avança, enquanto que com plástico uma placa de construção aquecida e um gabinete quente podem permitir que as tensões de deformação comecem a relaxar à medida que a impressão avança.

É possível o filamento / fio de impressão 3d "estilo FDM", feito de ligas metálicas que possuem uma ampla faixa entre solidus e liquidus. Isso foi feito com solda e ligas similares . No entanto, entre as tensões de deformação, a má adesão da camada devido à nova fusão inadequada da interface e o uso de ligas macias de baixo ponto de fusão, as peças impressas resultantes geralmente acabam sendo mais fracas do que se simplesmente tivessem sido impressas em um plástico resistente. Por exemplo, o PEEK é quase tão forte quanto o alumínio, e os plásticos compostos de fibra de carbono ou fibra de vidro podem exceder os metais em várias métricas de desempenho. Então, qual é o sentido de imprimir com ligas de metal frágeis e quebradiças?

Ao longo dos anos, muitas pessoas tentaram a impressão em metal no estilo FDM, mas ninguém achou que valha a pena perseguir a longo prazo. Abordagens mais típicas de impressão em metal DIY, como soldagem 3D MIG seguida por usinagem de limpeza, produzirão melhores resultados.

Não sou especialista nisso, mas o artigo em https://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous_metal pode ser relevante para você.

Existem algumas ligas especiais, como ouro / silício e várias à base de titânio, que se tornam "vidros de metal a granel" se resfriadas extremamente rapidamente (por exemplo, pulverizando sobre uma superfície fria que gira). A velocidade do resfriamento evita a formação de cristais. Os primeiros BMGs eram bastante fortes, mas frágeis; as melhorias reduziram a fragilidade e a velocidade de resfriamento necessária.

Acho que o mais próximo que você vai chegar é de um material composto. Nos últimos 2 anos ou mais, surgiram no mercado cada vez mais filamentos compostos para impressoras 3D de consumo. Um bom exemplo de filamentos compostos pode ser visto no Proto-Pasta . Uma vez que o filamento deve ser constituído principalmente pelo "aglutinante" de polímero, o material obviamente não exibirá todas as propriedades de ambos.

Sem entrar em muita Ciência dos Materiais, considere o composto de ABS e Ferro (ou outro metal ferroso). Você não pode esperar imprimir um circuito sólido a partir do filamento, porque o ferro pode não ser representado em todas as direções do filamento, resultando em resistência ou não condutividade.

Portanto, para responder à sua pergunta: Não conheço um estado de vidro significativamente maior em um tipo de metal / liga. Sua melhor aposta é um composto, mas depende dos requisitos para sua parte, se um composto funcionar. Então, você terá outra batalha para encontrar o tipo certo de compósito e, o pior de tudo, um bom fornecedor lol

Passei algum tempo olhando para fazer uma máquina FDM que imprimisse filamentos de bronze. Uma liga comumente transformada em arame tinha uma diferença entre a temperatura de solidus e liquidus de apenas 50 graus C. Determinamos que se poderia fazer uma extremidade quente convencional, aquecida eletricamente, feita de molibdênio ou tungstênio.

Não determinei como o bronze se comportaria na zona de sólido a líquido de 50 graus. Eu estava mais preocupado com a solubilidade do material do bico em cobre, para o qual encontrei muito poucos dados publicados.

Pela minha experiência em soldagem e na impressão de plásticos com FDM, pode haver um problema com a adesão da camada. Para realmente colar, o material resfriado precisa ser derretido pelo material que está sendo depositado na próxima camada. Isso é complicado pela temperatura do material resfriado, pela condutividade térmica do material e pela propensão do material a formar óxidos. Estes podem ser mitigados aquecendo o objeto em uma atmosfera inerte.

Portanto, para responder à pergunta, sugiro olhar para as ligas de bronze porque elas derretem a temperaturas moderadas e são menos propensas à oxidação do que as ligas de alumínio.