Existem muitas maneiras de transformar pó metálico em componentes. Você provavelmente já conhece os métodos convencionais de prensagem e sinterização, além da moldagem por injeção de metal.
Atualmente, a manufatura aditiva por metalurgia do pó, comumente conhecida como impressão 3D, está em ascensão devido à sua prototipagem rápida.
Conteúdo
O que é manufatura aditiva por metalurgia do pó?
A Manufatura Aditiva é uma tecnologia emergente que utiliza pó metálico e ligantes como matérias-primas. Ela forma peças metálicas por meio da fusão de pó metálico camada por camada.
Para padronizar a indústria de impressão 3D, a ASTM a denominou oficialmente de manufatura aditiva (DA) no padrão ASTM F2792.
7 Tipos de Manufatura Aditiva
Fusão em leito de pó (PBF)
PBF é um tipo de AM que utiliza um laser ou feixe de elétrons para derreter e fundir pós metálicos.
Geralmente, as partículas de pó da fusão a laser são de 15-53 μm e as do feixe de elétrons são de 40-100 μm.
Aqui estão algumas técnicas populares de PBF.
Sinterização direta a laser de metal (DMLS)
Sinterização direta de metais a laser é um processo que usa um laser, como um laser de CO2, para fundir seletivamente camadas finas de metal.
Primeiro, você espalha uma fina camada de pó metálico sobre a plataforma de construção por meio da impressora 3D. Em seguida, você usa um laser para derreter o pó seletivamente, e não completamente. Após o laser derreter a primeira camada de pó, a plataforma de construção abaixa e aplica outra camada de pó. Por fim, o laser funde as camadas de pó metálico para formar o produto final.
Sinterização seletiva a laser (SLS)
O SLS funciona de forma semelhante ao DMLS. Na impressão 3D SLS, as peças são sustentadas pelo pó circundante, dispensando a necessidade de uma estrutura de suporte.
SLS é uma maneira ideal de criar formas geométricas.
Além disso, a resistência das peças SLS é próxima à das peças moldadas por injeção. Fusão Seletiva a Laser (SLM)
O SLM é mais rápido do que a sinterização seletiva a laser. Além disso, o SLM reduz o risco de oxidação do metal ao utilizar gases inertes como nitrogênio ou argônio. No entanto, o SLM é mais caro. No processo SLM 3D, a espessura da camada metálica é de cerca de 20 a 60 mícrons.
Derretimento de feixe de elétrons (EBM)
Ao contrário da tecnologia de fusão de leito de pó mencionada acima, fusão de feixe de elétrons adota feixe de elétrons em vez de feixe de laser. Comparados aos lasers, os feixes de elétrons conseguem penetrar profundamente no material e derreter as partículas de pó metálico uniformemente.
A EBM funde camadas de pó metálico em um ambiente de vácuo. Ao contrário do SLS, a EBM funde as matérias-primas.
Jateamento de aglutinante
O jato de aglutinante é um dos processos de manufatura aditiva mais rápidos.
O tamanho das partículas do pó metálico de jato de ligante é de cerca de 10-45μm.
Nesse processo, o pó metálico é primeiramente espalhado sobre uma placa plana, e a cabeça da impressora jato de tinta pulveriza ligantes líquidos sobre a camada pulverizada. Esse ciclo se repete e você obtém um produto impresso em 3D. Esse processo é um pouco como a impressão em papel, e o ligante é como a tinta; sua função é conectar as camadas de pó.
Aqui está um vídeo que explica como funciona o jato de aglutinante.
Deposição de Energia Direcionada (DED)
DED é um processo pelo qual material fundido é depositado na superfície do produto, onde ele se solidifica.
No processo DED, você aplica um arco de plasma, laser ou feixe de elétrons para derreter o material metálico e depositá-lo simultaneamente através de um bico.
Você pode utilizar DED para moldar peças. Mas ele é frequentemente usado para reparar ou adicionar material adicional aos componentes.
Partículas de pó 53-150μm
Laminação de folha
O laminação de folha é um método barato e rápido de impressão 3D. Primeiro, um cortador a laser é usado para cortar o contorno do objeto a ser impresso e, em seguida, as camadas são unidas para formar o formato.
Extrusão de materiais
Extrusão de materiais é um método de manufatura aditiva (MA). O material é depositado camada por camada através de um bico aquecido para construir um objeto 3D.
A extrusão de materiais é geralmente rápida e precisa. No entanto, o processo de extrusão de materiais é compatível com uma ampla gama de matérias-primas e tem baixo custo. Portanto, a extrusão de materiais é fortemente favorecida pela impressão 3D doméstica.
Jateamento de Material
durante jateamento de material No processo, o material fundido é ejetado na plataforma de construção para construir o produto camada por camada.
- Excelentes recursos de detalhes
- alta precisão
- Bom acabamento superficial
Fotopolimerização de cuba
A fotopolimerização em cuba é um processo de impressão 3D que usa uma fonte de luz para endurecer seletivamente a resina fotorreativa.
Pó metálico para manufatura aditiva
O pó metálico usado na manufatura aditiva não é tão fino quanto o usado na moldagem por injeção de metal.
Primeiro, é muito fino e se espalha facilmente durante a sinterização a laser. Segundo, se o pó for muito fino, haverá mais pontos de contato entre os pós, o atrito aumentará e a fluidez piorará.
Portanto, o tamanho médio de partícula D50 para a manufatura aditiva por metalurgia do pó está entre 10 e 45 μm. Por exemplo, as partículas de pó de AlSi10Mg produzidas pela Höganäs através do processo de atomização a gás têm entre 20 e 63 μm.
A maioria dos pós metálicos adequados para manufatura aditiva são pós atomizados a gás. Isso ocorre porque os pós atomizados a gás apresentam boa fluidez e alta densidade aparente. Além disso, os pós metálicos também precisam atender aos requisitos de baixo teor de oxigênio e nitrogênio.
Se você estiver procurando por caracterização de pó metálico para manufatura aditiva, pode consultar a norma ASTM F3049 ou o pó metálico Höganäs para AM.
Há muitos pós metálicos adequados para a manufatura aditiva em metalurgia do pó.
- Cobre
- alumínio
- Níquel
- Titânio
- Aço inoxidável
- Aço ferramenta
Aplicações de Manufatura Aditiva
Fabricação Aditiva na Indústria Aeroespacial
A manufatura aditiva por metalurgia do pó pode produzir peças complexas e leves para a indústria aeroespacial.
- Componentes do motor
- Suportes para asas de avião
- Bicos de combustível do motor
- Peças da caixa de câmbio
- Eixo de travamento para portas de aeronaves
Manufatura Aditiva na Indústria Automotiva
Os carros modernos estão se tornando mais leves e rápidos. Isso naturalmente requer peças estruturais leves e de alta resistência. A manufatura aditiva (MA) pode fornecer à indústria automotiva peças leves e altamente personalizadas.
Manufatura Aditiva na Área Médica
A manufatura aditiva é ideal para implantes médicos personalizados. Para a área odontológica, a manufatura aditiva pode fabricar talas, aparelhos ortodônticos e modelos odontológicos.
Ferramentas de corte de manufatura aditiva
Com a manufatura aditiva, você pode fazer ferramentas com formatos complexos e alterar o arranjo das arestas de corte.
Vantagens e desvantagens da manufatura aditiva
Diferenciais
- Como a AM não requer moldes, os custos com moldes são reduzidos.
- A AM pode fabricar produtos com formas e características internas extremamente complexas.
- Os produtos são altamente personalizáveis.
- A AM consome menos energia e não requer cortes, o que é bom para o meio ambiente.
- Alta utilização de materiais e materiais recicláveis
- Com a prototipagem rápida de manufatura aditiva, você pode prototipar peças rapidamente em questão de dias.
Desvantagens
- Matérias-primas e equipamentos de manufatura aditiva são caros.
- Limite de Materiais.
- A rugosidade da superfície precisa ser melhorada.
- A consistência do lote entre máquinas precisa ser melhorada.
- Comparado com processo convencional de metalurgia do pó ou fundição e forjamento, a AM tem capacidades limitadas de produção em massa.
Fabricantes de impressoras 3D de metal
Sistemas 3D
A 3D Systems, com sede na Carolina do Sul, possui mais de 30 anos de experiência no setor de manufatura aditiva. Seus negócios incluem materiais de manufatura aditiva, software, impressoras 3D de metal, etc.
Markforged
A Markforged tem sede em Massachusetts, onde desenvolve aplicações avançadas de hardware e software para processos de manufatura aditiva.
Suas impressoras 3D podem imprimir uma variedade de materiais, como fibra de carbono, ágata e metais.
Exone
Desde 1995, eles se dedicam ao desenvolvimento de impressoras 3D avançadas e à produção em massa. A ExOne foi a pioneira na fabricação de impressoras 3D comerciais a jato de aglutinante.
A manufatura aditiva tornou-se uma tecnologia promissora, pois permite a construção rápida de protótipos de peças sem a necessidade de moldes. No entanto, a manufatura aditiva não pode ser produzida em massa neste estágio, e a resistência dos produtos produzidos por ela não é alta o suficiente. Se os problemas acima forem resolvidos, não há dúvida de que a manufatura aditiva trará grandes benefícios para a indústria de manufatura.
Perguntas frequentes
1. Produtos fabricados de forma aditiva precisam ser sinterizados?
De modo geral, a resistência dos produtos manufaturados por aditivos não é alta. Se você deseja melhorar as propriedades mecânicas do produto, ele pode precisar ser submetido a processo de sinterização.