A sinterização direta a laser de metais (DMLS), também conhecida como conformação direta de metais a laser (DLMF), é uma técnica de fabricação 3D. Essa técnica utiliza um laser de alta potência para microssoldar o pó da liga metálica e criar um objeto 3D camada por camada com a ajuda de design assistido por computador.
Uma das vantagens mais excepcionais dessa técnica é a produção de componentes isentos de defeitos e tensões residuais. Por isso, é amplamente utilizada na fabricação de diversos componentes nas indústrias aeroespacial, eletrônica e automotiva.
Conteúdo
Processo de sinterização direta de metais a laser
Modelagem CAD
O processo DMLS começa com a criação de um modelo 3D da peça desejada usando um software CAD. O arquivo criado em CAD é importado para um software de Manufatura Assistida por Computador (CAM). No CAM, ele é fatiado em finas camadas horizontais (normalmente com 20 mícrons de espessura) para auxiliar na fabricação camada por camada dos componentes.
Espalhamento de pó
Uma lâmina de revestimento é usada para espalhar o pó metálico pela plataforma de construção.
Sinterização a Laser
Um laser potente de até 1,000 W varre o leito de pó a uma velocidade de 7 m/s e cria soldas frias entre as partículas de pó, de acordo com o projeto CAD. As partículas de pó são aquecidas logo abaixo do seu ponto de fusão pelo feixe de laser. Como resultado, as partículas sinter em uma parte sólida.
Abaixando a plataforma de construção
Após a sinterização da primeira camada de pó metálico, a plataforma de construção diminui a espessura de uma camada, geralmente 20 mícrons.
Espalhando a próxima camada
Agora, uma nova camada de pó é espalhada sobre a anterior, e o laser escaneia a nova camada.
Os passos 1 a 4 são repetidos até que toda a peça seja construída camada por camada, de baixo para cima.
Resfriamento
Após a conclusão da montagem, a peça é resfriada dentro da câmara. O resfriamento dos componentes evita choques térmicos e ajuda a aliviar o estresse interno.
Remoção de pó e pós-processamento
O excesso de pó não sinterizado é escovado ou soprado para longe da plataforma de construção e, muitas vezes, reciclado.
Após a conclusão de todo o processo, as estruturas de suporte são removidas manualmente. As operações de acabamento podem incluir tratamento térmico, usinagem ou polimento da superfície, dependendo das necessidades.
Máquina de sinterização direta de metais a laser
- Unidade de controle: Ele contém basicamente o software e os sistemas eletrônicos que processam arquivos STL, controlam padrões de digitalização, gerenciam o movimento de lasers e constroem plataformas.
- Construir Chamber: Esta câmara possui um ambiente inerte, normalmente utilizando gás argônio. Ela contém plataformas de construção e fontes de laser.
- Fonte de laser: Normalmente, é utilizado um laser de fibra, que é responsável por fornecer energia para sinterizar o pó metálico seletivamente.
- Espelhos Galvanômetros: Esses são os espelhos de movimento rápido que direcionam o feixe de laser precisamente através do leito de pó.
- Sistema de leito de pó Existem dois sistemas de leito de energia na máquina DMLS:
- Plataforma de construção: desce camada por camada conforme a peça é construída.
- Plataforma de fornecimento de pólvora: armazena pó metálico fresco.
- Lâmina ou rolo de revestimento: Espalha uma nova camada de pó na plataforma de construção depois que cada camada é fundida.
- Sistema de manuseio de pó:Isso controla a entrega, recuperação e reciclagem de pó não utilizado.
Materiais de sinterização direta de metais a laser
Titânio (Ti6Al4V)
A liga de titânio Ti6Al4V é um dos metais mais utilizados em DMLS. Apresenta excelente relação resistência-peso, resistência à corrosão e biocompatibilidade. O pó de titânio é utilizado em DMLS quando são necessários componentes leves e duráveis para instrumentos aeroespaciais e médicos.
Inconel 718
O Inconel 718 é uma superliga à base de níquel. Foi projetado para resistir a altas temperaturas e estresse mecânico extremos. Mantém a resistência à oxidação mesmo em temperaturas superiores a 700 °C. Devido às suas propriedades excepcionais, é utilizado em DMLS para a fabricação de componentes dos setores aeroespacial, energético e automotivo de alto desempenho.
Aço inoxidável 316L
O aço inoxidável 316L é uma liga austenítica de cromo-níquel-molibdênio. É conhecido por sua excelente resistência à corrosão, ductilidade e resistência mecânica. É frequentemente utilizado em aplicações médicas, industriais e de ferramentas.
Liga de alumínio (AlSi10Mg)
AlSi10Mg é uma liga de alumínio leve que apresenta excelente condutividade térmica, resistência moderada e boa resistência à fadiga. É ideal para aplicações que exigem redução de peso com alto desempenho, como chassis automotivos, peças de drones e trocadores de calor.
Usos da sinterização direta de metais a laser
Aeroespacial: Na indústria aeroespacial, componentes com geometrias complexas e baixo peso são fabricados por meio de sinterização direta de metais a laser. Isso inclui componentes como pás de turbina, suportes e carcaças de motor.
Automotivo: As indústrias automotivas também se beneficiam do DMLS por sua capacidade de produzir rapidamente protótipos funcionais e componentes de alto desempenho. Ele é utilizado na fabricação de peças como motores, sistemas de freio e coletores de escape.
Ferramentas e aplicações industriais: O DMLS é usado para criar moldes com canais de resfriamento conformes, matrizes personalizadas e gabaritos e acessórios de precisão.
Médico: O DMLS também é amplamente utilizado na área médica para a produção de componentes de alta precisão e específicos para cada paciente. É utilizado na fabricação de placas condilares de liga Ti-6Al-4V, implantes dentários à base de titânio e coroas dentárias.
Sinterização direta de metais a laser: vantagens e desvantagens
A sinterização direta de metais a laser é uma técnica avançada De produção de aditivos Técnica que apresenta vantagens como alta liberdade de projeto, alta utilização de material e prototipagem rápida. No entanto, o DMLS também apresenta algumas limitações, como alto investimento em equipamentos e restrições de tamanho do produto.
Vantagens do DMLS
Alta liberdade de design
Sua liberdade de design permite a produção de geometrias complexas e intrincadas
Excelentes propriedades do material
Utiliza materiais que produzem peças metálicas fortes e funcionais
Desperdício mínimo de material:
Seu uso eficiente de pó metálico resulta em menos sucata em comparação com outras técnicas de fundição
Personalização amigável
A sinterização direta de metais a laser é ideal para componentes personalizados ou específicos do paciente.
Eficiente para produção de baixo volume
Ao usar DMLS para fabricar componentes, não há necessidade de ferramentas ou moldes.
Desvantagens do DMLS
Altos custos de equipamentos e materiais
Utiliza máquinas caras e pós metálicos
Velocidades de construção lentas
Demorado para peças grandes ou densas
Pós-processamento extensivo necessário
O processo é seguido por pós-tratamento, como remoção de suporte, tratamento térmico e acabamento de superfície.
Limitações de tamanho
Limitado pelo volume de construção da impressora
DMLS vs. SLM
A tabela abaixo fornece uma comparação detalhada entre a sinterização direta de metais a laser e a fusão seletiva a laser.
| Característica | Sinterização direta a laser de metal (DMLS) | Derretimento seletivo a laser (SLM) |
|---|---|---|
| Tamanho do ponto de laser | Normalmente em torno de 40 mícrons, especialmente em sistemas menores | Varia entre 80 e 160 mícrons |
| Número de lasers | Utiliza 4 lasers | Equipado com 12 lasers |
| Camadas e feixe ajustáveis | Espessura de camada fixa e tamanho do laser | Oferece flexibilidade na altura da camada e no tamanho do laser |
| Menor Detalhe Possível | Pode produzir recursos tão pequenos quanto 100 mícrons | O tamanho mínimo do detalhe é de aproximadamente 140 mícrons |
| Consistência do Material | Produz peças com propriedades uniformes em todas as direções | Também atinge propriedades de material consistentes em toda a peça |
| Requisito de resfriamento | As peças devem ser resfriadas após a impressão | O resfriamento é necessário após a impressão |
| Estruturas de apoio | É necessário suporte durante a impressão | Também precisa de estruturas de suporte |
| Tamanho Máximo de Construção | Limitado a 400 x 400 x 400 mm | Pode lidar com construções maiores de até 600 x 600 x 600 mm |
| Consumo de energia | Opera em torno de 400 watts | Normalmente usa cerca de 1000 watts |
| Usos típicos | Comum na área médica, especialmente para dispositivos dentários e implantes | Preferido em indústrias como aeroespacial e automotiva |
| Qualidade do acabamento da superfície | Produz superfícies com rugosidade entre 8–20 microns Ra | Geralmente resulta em acabamentos mais suaves, cerca de 5–15 mícrons Ra |
Perguntas frequentes
1. Quais são as vantagens do DMLS em relação à manufatura tradicional?
Para peças complexas, de baixo volume ou personalizadas, o DMLS oferece vantagens significativas em relação à fabricação tradicional, como redução do desperdício de material, prototipagem mais rápida e eliminação de custos de ferramentas.
2. A sinterização seletiva a laser (SLS) é a mesma que DMLS?
DMLS e SLS são técnicas de impressão 3D baseadas em laser, mas não são a mesma coisa. A DMLS trabalha com pós metálicos, enquanto a SLS é usada para cerâmica, plástico e vidro.