Moldagem por injeção de metal (MIM) e impressão 3D de metal são tecnologias de produção avançadas que trouxeram uma rápida mudança na manufatura moderna.
A moldagem por injeção de metal pode criar componentes pequenos e complexos, com apenas 2 mm de diâmetro e pesando menos de 1 g, sem comprometer a precisão dimensional e a consistência.
Por outro lado, a impressão 3D em metal fabrica com excelência geometrias complexas e personalizadas que seriam difíceis ou impossíveis de obter usando métodos de fabricação convencionais. Este artigo tem como objetivo comparar os pontos fortes, as limitações e os processos de produção de ambos os métodos.
Conteúdo
O que é moldagem por injeção de metal (MIM)?
Processo de moldagem por injeção de metal é uma combinação de metalurgia do pó e moldagem por injeção de plástico para produzir peças metálicas pequenas e complexas com alta resistência. O processo é realizado em quatro etapas principais.
Misturando
Primeiro, a matéria-prima é preparada pela mistura de pós metálicos finos com um ligante de polímero, e o resultado é uma mistura homogênea (matéria-prima).
Injetando
Em seguida, você alimenta a matéria-prima em uma máquina de moldagem por injeção e a injeta no molde, sob alta pressão, para criar uma “peça verde”.
Desvinculação
O processo seguinte consiste em remover os ligantes da parte verde, deixando o metal para trás. O processo é realizado por métodos térmicos, solventes ou catalíticos.
sinterização
Por fim, a sinterização ocorre colocando as partículas metálicas restantes em uma câmara sob condições atmosféricas específicas, a uma temperatura elevada, abaixo do ponto de fusão do material. Isso fundirá as partículas para atingir a densidade e a resistência necessárias, semelhantes às dos metais forjados.
O que é Metal 3D Printing?
Impressão 3D em metal, também conhecida como fabricação aditiva de metal (MAM), constrói peças camada por camada a partir de um modelo digital. As técnicas comuns neste método incluem a Fusão Seletiva a Laser (SLM), a Sinterização Direta a Laser de Metais (DMLS) e a Fusão por Feixe de Elétrons (EBM). Esses processos fundem pós metálicos finos ou outras formas metálicas usando fontes de alta energia, como lasers ou feixes de elétrons. A fusão geralmente é realizada em um ambiente de gás inerte ou vácuo, após o qual são realizadas etapas de acabamento, como tratamento térmico ou acabamento superficial.
Os materiais comumente utilizados incluem aço inoxidável, titânio, alumínio, inconel e cobalto-cromo. A escolha depende da aplicação, das propriedades mecânicas e das exigências de desempenho.
Aplicações
Aplicativos MIM
Na indústria automotiva, a MIM é utilizada na produção de válvulas, engrenagens, componentes de turbocompressores e peças de sistemas de combustível, proporcionando alta resistência e precisão. A capacidade de produzir em massa pequenas peças complexas torna a MIM altamente econômica para este setor.
Para dispositivos médicos, como braquetes ortodônticos, instrumentos cirúrgicos e instrumentos endoscópicos, o MIM é ideal. Isso se deve à necessidade de que tais peças sejam miniaturizadas, biocompatíveis e mecanicamente resistentes. O MIM é usado na produção de eletrônicos de consumo, onde conectores, dobradiças e componentes de smartphones se beneficiam de sua capacidade de fornecer detalhes finos e paredes finas em escala.
Aplicações de impressão 3D em metal
Na indústria aeroespacial, componentes como suportes leves, bicos de combustível, pás de turbinas e peças de satélites são comumente impressos em 3D. A impressão 3D também é usada para restaurar componentes antigos em aeronaves. Os setores médico e de saúde são uma área forte para a impressão 3D de metais na produção de implantes personalizados (dentários, ortopédicos e cranianos). Ela também permite a produção de protótipos metálicos funcionais, como peças protéticas para caixas de câmbio manuais e articulações de carros de corrida em aplicações automotivas.
A impressão 3D permite o design e a produção de joias e peças decorativas únicas e complexas. Também é usada em robótica e automação para produzir ferramentas de ponta de braço ou peças de atuadores que abrigam sensores e câmeras.
Impressão 3D MIM vs. Metal
Custo e Volume de Produção
O MIM exige um investimento inicial em ferramentas, mas, uma vez feito o molde, cada peça pode ser produzida a um custo muito baixo. Portanto, o MIM é altamente competitivo para grandes volumes de produção em diferentes aplicações industriais.
Ao contrário da MIM, a impressão 3D em metal não requer custo inicial de ferramental, sendo econômica para protótipos ou pequenos lotes. No entanto, o custo do material, o tempo de máquina e o pós-processamento mantêm o custo de cada peça alto, tornando-a inadequada para produção em massa.
Flexibilidade de Materiais
O MIM é compatível com uma variedade de materiais, incluindo ligas como aço inoxidável, cobre, tungstênio, cobalto, titânio, materiais à base de níquel, etc.
A impressão 3D suporta muitas ligas, incluindo titânio, alumínio, Inconel e aços, e permite projetos complexos como treliças ou canais internos.
Revestimento de superfície
A moldagem por injeção de metal (MIM) produz peças de aço inoxidável 17-4PH com acabamento superficial mais liso, tipicamente Ra 1 µm após a sinterização e cerca de Ra 0.33 µm após o tratamento superficial, de acordo com um estudo sobre acabamento superficial por MIM. Portanto, a MIM é adequada para produtos que exigem um acabamento superficial de alta qualidade, como caixas de relógios, joias e suportes para câmeras de celulares.
A impressão 3D de metal produz peças de aço inoxidável 17-4PH com uma superfície inicial mais áspera, normalmente Ra em torno de 3–5 µm conforme impresso, mas após o tratamento de superfície pode ser reduzido para cerca de Ra 0.36 µm.
Velocidade e prazo de entrega
A velocidade e o prazo de produção podem determinar o método a ser escolhido. A MIM tem prazos de entrega longos inicialmente devido ao desenvolvimento de ferramentas, mas, uma vez que os moldes são feitos, a produção é rápida. A impressão 3D, por outro lado, oferece um tempo de resposta rápido para protótipos ou pequenos lotes, sem a necessidade de ferramentas.
Perguntas frequentes
Quais são as diferenças de materiais entre moldagem por injeção de metal e manufatura aditiva de metal?
Na Moldagem por Injeção de Metais (MIM), os pós são muito finos (abaixo de 22 µm), quase esféricos e altamente puros para evitar defeitos de sinterização. Geralmente, são produzidos por atomização a gás ou água, ou por redução química.
Na Manufatura Aditiva de Metais (MA), os pós são mais esféricos (acima de 98% de esfericidade) e ligeiramente mais grosseiros — 15–45 µm para sistemas a laser, 45–106 µm para feixe de elétrons. Eles devem ter pureza ultra-alta, normalmente produzida por atomização a gás ou plasma.