👩🏿‍🤝‍👨🏽 ☝️ 🔵 Impressão 3D com metais - tecnologias e impressoras 🙋🏿 🛰️ 🐷

A impressão em metal 3D está se tornando cada vez mais popular. E isso não é surpreendente: cada material de impressão em metal oferece uma combinação única de propriedades práticas e estéticas para atender aos requisitos de vários produtos, sejam protótipos, miniaturas, jóias, peças funcionais ou até utensílios de cozinha.

As razões para imprimir com metais são tão convincentes que a impressão 3D com metais já está sendo introduzida na produção em massa. De fato, algumas peças impressas em 3D já alcançaram e outras superaram as produzidas pelos métodos tradicionais em suas propriedades.

A produção tradicional de metais e plásticos é muito esbanjadora - na indústria aeronáutica, por exemplo, até 90% dos materiais são desperdiçados. A produção, em algumas indústrias, não é superior a 30% do material utilizado.

A impressão 3D com metais consome menos energia e reduz ao mínimo o desperdício. Além disso, um produto impresso em 3D acabado pode ser 60% mais leve que uma peça fresada ou fundida. Somente a indústria da aviação economizará bilhões de dólares em combustível - reduzindo o peso das estruturas. Mas força e leveza também são necessárias em outras indústrias. Sim, e rentabilidade também.

Impressão 3D em casa

O que pode ser feito se houver um desejo de experimentar a impressão 3D com metal em casa? São necessárias temperaturas extremamente altas para a impressão em metal; é improvável que você possa usar uma impressora 3D FDM convencional para isso, pelo menos por enquanto. A situação pode mudar em alguns anos, mas agora isso não está disponível para a tecnologia 3D doméstica.

Se você quiser fazer impressões com aparência de metal em casa, a melhor opção é usar plástico contendo partículas de metal.

Tais como Colorfabb Bronzefill ou Bestfilament Bronze .

Esses filamentos contêm uma porcentagem significativa de pós metálicos, mas também de plástico suficiente - para impressão em baixa temperatura com qualquer impressora 3D. Ao mesmo tempo, eles contêm uma quantidade suficiente de metal para parecer, sentir e ter um peso próximo ao peso de um objeto metálico.

Os produtos feitos de um filamento contendo ferro até ficam enferrujados sob certas condições, o que aumenta a credibilidade, mas eles não serão capazes de enferrujar e se deteriorar - e essa é a vantagem deles sobre objetos de metal reais.

As vantagens de tais materiais:

Aparência de impressão exclusiva
Ideal para jóias, estatuetas, utensílios domésticos e decoração.
Alta resistência
Encolhimento muito baixo durante o resfriamento
Mesa aquecida opcional

Contras:

Baixa flexibilidade do produto, dependendo do design da impressão
Não é considerado seguro em contato com alimentos.
Requer ajuste fino da temperatura do bico e da taxa de alimentação do filamento
O pós-processamento dos produtos é necessário - retificação, polimento
Rápido desgaste do bico da extrusora - o filamento com metal é muito abrasivo comparado aos materiais convencionais

A faixa total de temperatura de impressão é geralmente de 195 ° C a 220 ° C.

Impressão 3D de metal na indústria

Se você deseja comprar uma impressora 3D que imprime metal real para uso na empresa, aqui estão duas novidades para você: boas e más.

A boa notícia é que seu alcance é amplo o suficiente e continua a se expandir - você pode escolher um dispositivo que atenda a qualquer requisito técnico. Além disso, no artigo, você pode verificar isso.

A má notícia é uma coisa - preços. O custo das impressoras profissionais para impressão em metal começa em cerca de US $ 200.000 e cresce indefinidamente. Além disso, mesmo que você escolha e compre o mais barato deles, um golpe separado será a compra de consumíveis, a manutenção programada com a substituição de componentes e o reparo. Não se esqueça da equipe e dos custos dos produtos de pós-processamento. E na fase de preparação da impressão, você precisará de um software especial e de pessoas que possam lidar com isso.

Se você estiver pronto para todas essas despesas e dificuldades - continue lendo, apresentaremos algumas amostras muito interessantes.

https://youtu.be/20R9nItDmPY

Impressão em metal 3D - aplicação

Alguns setores industriais já usam impressoras de metal 3D , tornaram-se parte integrante do processo de produção, do qual um consumidor comum pode não estar ciente:

O exemplo mais comum são implantes médicos e coroas dentárias, pontes, próteses, que já são consideradas a melhor opção para os pacientes. Motivo: eles podem ser feitos de forma mais rápida e barata, usando uma impressora 3D e adaptados às necessidades individuais de cada paciente.

O segundo exemplo igualmente comum: jóias . A maioria dos grandes fabricantes está mudando gradualmente da impressão 3D de moldes e ceras para a impressão 3D direta com metal, e a impressão em titânio permite que joalheiros criem produtos com design anteriormente impossível.

Além disso, a indústria aeroespacial está se tornando cada vez mais dependente de produtos de metal impressos em 3D. A Ge-AvioAero na Itália é a primeira fábrica de impressão totalmente 3D do mundo a produzir componentes de motores a jato LEAP.

A próxima indústria que usa impressoras 3D para metais é a indústria automobilística. A BMW, Audi e FCA já estão considerando seriamente a aplicação da tecnologia na produção em massa, e não apenas na prototipagem, onde usam a impressão 3D há muitos anos.

Parece - por que reinventar a roda? Mas aqui, a impressão 3D com metal encontrou aplicação. Há vários anos, os fabricantes de componentes e quadros de bicicletas usam a impressão 3D. Não só no mundo, mas também na Rússiaganhou distribuição. O fabricante de bicicletas exclusivas Triton está concluindo um projeto com um elemento impresso em 3D de uma armação de titânio, o que permitiu reduzir seu peso sem comprometer a força.

Mas antes que a impressão 3D com metais realmente capture o mundo, será necessário superar vários problemas sérios. Primeiro de tudo, é o alto custo e a baixa velocidade de produção de grandes lotes por esse método.

Impressão 3D de metal - tecnologia

Muito pode ser dito sobre o uso de impressoras 3D para impressão em metal. Há uma especificidade, mas os problemas básicos são os mesmos de qualquer outra impressora 3D: limitações de software e hardware, otimização de materiais e impressão com vários materiais. Não falaremos muito sobre software, apenas mencionamos que os maiores editores, como Autodesk, SolidWorks e SolidThinking, desenvolvem produtos de software para uso em impressão em metal a granel, para que os usuários possam realizar um produto de qualquer forma imaginável.

Recentemente, surgiram exemplos de peças de metal impressas em 3D que podem ser tão fortes quanto os componentes de metal fabricados tradicionalmente e, em alguns casos, até superá-las. Criados usando o DMLS, os produtos têm as mesmas propriedades mecânicas que os equivalentes de fundição sólida.

Vejamos as tecnologias metálicas disponíveis na impressão 3D:

Processo # 1: Fusão de pó de camada

O processo de impressão 3D com metais, usado pelas maiores empresas atualmente, é conhecido como fusão ou sinterização da camada de pó. Isso significa que um laser ou outro feixe de alta energia funde as partículas de um pó de metal uniformemente distribuído, criando camadas de produtos, uma após a outra.

Existem oito grandes fabricantes de impressoras de impressão 3D em metal no mundo, a maioria delas localizada na Alemanha. Suas tecnologias são abreviadas como SLM (fusão seletiva a laser) ou DMLS (sinterização direta de metal por laser).

Processo 2: Jateamento de ligantes

Outro método profissional com ligação camada a camada é a ligação de partículas de metal para queima subsequente em um forno de alta temperatura, onde as partículas são fundidas sob pressão, formando um único metal. A cabeça de impressão aplica a solução de colagem ao substrato em pó em camadas, como uma impressora normal, em folhas de papel, após as quais o produto é enviado para queima.

Outra tecnologia semelhante, mas diferente, baseada na impressão FDM - misturando pó de metal em uma pasta de metal. Usando extrusão pneumática, uma impressora 3D a expulsa, assim como uma impressora 3D de construçãofaz isso com cimento para formar objetos 3D. Após a impressão da forma desejada, os objetos também são sinterizados no forno. Essa tecnologia usa o Mini Metal Maker - talvez a única impressora 3D mais ou menos acessível para impressão em metal (US $ 1600). Adicione o custo de um pequeno fogão de torrefação.

Processo # 3: Fusão

Você pode pensar que, entre as tecnologias de impressão em metal, não há similar ao FDM comum, no entanto, isso não é totalmente verdade. Você não poderá derreter um fio de metal na extremidade quente da sua impressora 3D, mas os grandes fabricantes são proprietários dessa tecnologia e a utilizam. Existem duas maneiras principais de imprimir com material todo em metal.

Um deles é chamado DED (Directed Energy Deposition), ou revestimento a laser. Ele usa um feixe de laser para fundir o pó de metal, que é lentamente liberado e depositado da extrusora, formando as camadas do objeto usando um manipulador industrial.

Isso geralmente é feito dentro de uma câmara fechada, no entanto, usando o exemplo do MX3D, vemos a possibilidade de implementar essa tecnologia na construção de uma ponte de tamanho real, que deve ser impressa em 2017 em Amsterdã.

Outro é chamado EBM (Electron Beam Manufacturing - produção de feixe de elétrons), é uma tecnologia de formação de camadas de matérias-primas metálicas sob a influência de um poderoso feixe de elétrons, com sua ajuda para criar estruturas grandes e muito grandes. Se você não trabalha no complexo de defesa da Federação Russa ou dos EUA, é improvável que veja essa tecnologia viva.

Algumas tecnologias novas e pouco emergentes usadas até agora apenas por seus criadores são apresentadas abaixo - na seção sobre impressoras.

Metais usados

Ti - Titânio

O titânio puro (Ti64 ou TiAl4V) é um dos metais mais comumente usados para impressão 3D, e certamente um dos mais versáteis, pois é durável e leve. É usado tanto na indústria médica (em próteses personalizadas), quanto nas indústrias aeroespacial e automotiva (para a fabricação de peças e protótipos) e em outros campos. O único problema - ele tem uma alta reatividade, o que significa - pode explodir facilmente quando está na forma de pó e deve ser usado para imprimir apenas em um ambiente de gás inerte de argônio.

SS - Aço Inoxidável

O aço inoxidável é um dos metais mais acessíveis para impressão 3D. Ao mesmo tempo, é muito durável e pode ser usado em uma ampla gama de indústrias industriais e artísticas. Este tipo de liga de aço, contendo cobalto e níquel, possui alta elasticidade e resistência à tração. A impressão 3D com aço inoxidável é usada principalmente apenas na indústria pesada.

Inconel - Inconel

Inconel é uma superliga moderna. É fabricado pela Special Metals Corporation e é uma marca comercial patenteada. É constituído principalmente por níquel e cromo e possui alta resistência ao calor. É usado nas indústrias de petróleo, química e aeroespacial (por exemplo: para criar bicos de distribuição, “caixas pretas” a bordo).

Al - Alumínio

Devido à sua leveza e versatilidade, o alumínio é um metal muito popular para uso em impressão 3D. Geralmente é usado na forma de várias ligas, formando sua base. O pó de alumínio é explosivo e é usado na impressão em um ambiente de gás inerte de argônio.

CoCr - Cobalto Cromo

Esta liga de metal possui uma força específica muito alta. É usado tanto em odontologia - para impressão 3D de coroas dentárias, pontes e próteses de arco, e em outras áreas.

Cu - Cobre

Com raras exceções, o cobre e suas ligas - bronze, latão - são usados para fundição usando modelos graváveis, e não para impressão direta com metal. Isso ocorre porque suas propriedades estão longe de serem ideais para uso em impressão 3D industrial, elas são mais frequentemente usadas em artes e ofícios. Com grande sucesso, eles são adicionados ao filamento de plástico - para impressão 3D em impressoras 3D convencionais.

Fe - Ferro

Ferro e ferro magnético também são usados principalmente como aditivos para os filamentos de PLA. Na indústria de larga escala, o ferro puro raramente é usado, mas escrevemos sobre o aço acima.

Au, Ag - Ouro, prata e outros metais preciosos

A maioria das camadas de pó fundido das impressoras 3D pode trabalhar com metais preciosos, como ouro, prata e platina. A principal tarefa ao trabalhar com eles é verificar o consumo ideal de material caro. Os metais preciosos são utilizados na impressão 3D de jóias e produtos médicos, bem como na fabricação de eletrônicos.

Impressoras de metal 3D

# 1: Sciaky EBAM 300 - haste de titânio

Para imprimir estruturas metálicas realmente grandes, o EBAM da Sciaky é a melhor escolha. Este dispositivo pode ser de qualquer tamanho, sob encomenda. É usado principalmente nas indústrias aeroespacial e de defesa dos Estados Unidos.

Como modelo de produção, a Sciaky vende a EBAM 300. Possui um tamanho de espaço de trabalho com lados de 5791 x 1219 x 1219 mm.

A empresa afirma que a EBAM 300 é uma das impressoras 3D industriais mais rápidas disponíveis no mercado. Os elementos estruturais das aeronaves, cuja produção, segundo as tecnologias tradicionais, pode levar até seis meses, são impressos em 48 horas.

A tecnologia exclusiva da Sciaky usa uma pistola de raios catódicos de alta potência para derreter um filamento de titânio com 3 mm de espessura, com uma taxa de deposição padrão de cerca de 3-9 kg / h.

# 2: UAM Fabrisonic - Ultrassom

Outro método de impressão 3D para grandes peças de metal é a Tecnologia de Fabricação de Ultrassom Aditivo (UAM) da Fabrisonic. A ideia da Fabrisonic é uma máquina CNC de três eixos com uma cabeça de soldagem adicional. As camadas de metal são primeiro cortadas e depois soldadas usando ultra-som. A maior impressora 3D Fabrisonic é a “7200”, com um volume de construção de 2 x 2 x 1,5 m.

# 3: Laser XLine 1000 - pó metálico

Uma das maiores impressoras 3D de impressão em pó de metal do mercado há muito tempo é a XLine 1000 da Concept Laser. Possui uma área de montagem de 630 x 400 x 500 mm de tamanho e ocupa espaço como uma pequena casa.

A empresa alemã, que é uma das fornecedoras de impressoras 3D para empresas aeroespaciais gigantes como a Airbus, lançou recentemente uma nova impressora, a XLine 2000.

2000 possui dois lasers e um volume de construção ainda maior de 800 x 400 x 500 mm. Esta máquina, que utiliza a tecnologia patenteada LaserCUSING (tipo de fusão seletiva a laser), pode criar objetos a partir de ligas de aço, alumínio, níquel, titânio, metais preciosos e de alguns materiais puros (titânio e aço).

Todos os principais players do mercado de impressão em metal 3D possuem essas máquinas: EOS, SLM, Renishaw, Realizer e 3D Systems, além da Shining 3D, uma empresa da China em rápido desenvolvimento.

# 4: M Line Factory - uma fábrica 3D modular

Deslocamento: 398,78 x 398,78 x 424,18 mm
De 1 a 4 lasers, 400 - 1000 W de potência cada.

O conceito M Line Factory é baseado nos princípios de automação e interação.

A M Line Factory, do mesmo conceito Laser e trabalhando com a mesma tecnologia, não se concentra no tamanho da área de trabalho, mas na conveniência da produção - é um aparato de arquitetura modular que divide a produção em processos separados para que esses processos possam ocorrem simultaneamente e não sequencialmente.

Essa nova arquitetura consiste em 2 nós de máquina independentes:

Linha M PRD de fábrica (unidade de produção - unidade de produção) A

unidade de produção consiste em 3 tipos de módulos: módulo de dispensação, módulo de impressão e módulo de transbordamento (bandeja para produtos acabados). Todos eles podem ser ativados individualmente e não formam uma unidade contínua de equipamento. Esses módulos são transportados através de um sistema de túnel dentro da máquina. Por exemplo, quando um novo pó é fornecido, um módulo de armazenamento de pó vazio pode ser substituído automaticamente por um novo sem interromper o processo de impressão. As peças acabadas podem ser movidas para fora da máquina e imediatamente substituídas automaticamente pelas seguintes tarefas.

PCG de fábrica da linha M (unidade de processamento)

É uma unidade independente de processamento de dados que possui uma estação integrada de peneiração e preparação de pó. A desembalagem, a preparação para o próximo trabalho de impressão e a triagem ocorrem em um sistema fechado, sem intervenção do operador.

# 5: ORLAS CREATOR - uma impressora 3D pronta para ser usada

Os criadores do ORLAS CREATOR posicionam essa impressora 3D como a mais barata, fácil de usar e pronta para usar, sem a necessidade de instalação de componentes adicionais e programas de terceiros, capazes de imprimir diretamente de um arquivo CAD / CAM completo de seu próprio design.

Todos os componentes necessários são instalados em um estojo relativamente compacto, que precisa de um espaço de 90x90x200 cm. Não ocupa muito espaço, embora pareça impressionante, e pesa 350 kg.

Como pode ser entendido na tabela fornecida pelo fabricante, o pó de metal é sinterizado por um sistema de laser rotativo, com camadas de 20 a 100 mícrons de espessura e tamanho de pixel de apenas 40 mícron, em atmosfera de nitrogênio ou argônio. Você pode conectá-lo a uma rede elétrica doméstica comum se a sua fiação suportar uma carga de 10 amperes. O que, no entanto, não excede os requisitos de uma máquina de lavar média.

Potência do laser - 250 watts. A área de trabalho é um cilindro de 100 mm de diâmetro e 110 de altura.

# 6: FormUp 350 - Método da peça da máquina de pó (PMPM)

Método da peça para máquina de pó (PMPM) O FormUp 350 foi criado pelo AddUp, um projeto conjunto entre a Fives e a Michelin. Esta é a mais recente máquina de impressão em metal 3D, introduzida pela primeira vez em novembro no Formnext2016.

O princípio de operação desta impressora 3D é o mesmo dos colegas mencionados acima, mas sua principal característica é diferente, pois consiste em sua inclusão no PMPM.

A impressora foi projetada especificamente para uso industrial, no modo 24/7, e foi projetada especificamente para esse ritmo de trabalho. O sistema PMPM inclui controle de qualidade de todos os componentes e materiais, em todas as etapas de sua produção e distribuição, o que deve garantir consistentemente altos indicadores de desempenho, que a Michelin tem vasta experiência ao longo de muitos anos.

# 7: XJET - NanoParticle Jetting - impressão a jato de tinta metálica

A tecnologia de injeção de nanopartículas envolve o uso de cartuchos selados especiais com uma solução na qual está localizada uma suspensão de nanopartículas de metal.
As nanopartículas são depositadas e formam o material do produto impresso.

Dadas as características reivindicadas da tecnologia (o uso de partículas metálicas de tamanho em nanoescala), é fácil acreditar nos criadores do dispositivo quando reivindicam sua precisão e resolução de impressão sem precedentes.

# 8: VADER Mk1 - MagnetoJet - impressão a jato de tinta metálica

A tecnologia MagnetoJet de Zack Vader é baseada no estudo da hidrodinâmica magnética e, mais especificamente, na capacidade de controlar o metal fundido usando campos magnéticos. A essência do desenvolvimento é que uma gota de tamanho estritamente controlado é formada a partir de alumínio fundido e essas gotas são impressas.

O tamanho dessa gota é de 200 a 500 mícrons, a impressão ocorre a uma velocidade de 1000 gotas por segundo. A área de trabalho da impressora: 300 mm x 300 mm x 300 mm

Material de trabalho: Alumínio e suas ligas (4043, 6061, 7075). E, embora seja apenas alumínio, a impressora é 2 vezes mais rápida que a de pó e até 10 vezes mais barata.

Em 2018, está prevista a liberação do Mk2, que será equipado com 10 cabeçotes de impressão, o que deverá aumentar em 30 vezes a velocidade de impressão.

# 9: METAL X - ADAM - difusão atômica

A Markforged introduziu a nova tecnologia de impressão em metal 3D - ADAM, e a impressora 3D usando essa tecnologia - Metal X.

ADAM (Fabricação Aditiva de Difusão Atômica) - tecnologia de difusão atômica. A impressão é realizada com pó de metal, onde as partículas de metal são revestidas com um aglutinante sintético, que é removido após a impressão, permitindo que o metal se funda em um único todo.

A principal vantagem da tecnologia é a ausência da necessidade de usar temperaturas ultra-altas diretamente no processo de impressão, o que significa que não há restrições quanto à refratariedade dos materiais utilizados na impressão. Teoricamente, a impressora pode criar modelos 3D a partir de aços para ferramentas pesadas - agora já está imprimindo em aço inoxidável e, no desenvolvimento de titânio, Inconel e aço D2 e A2.

A tecnologia permite criar peças com uma estrutura interna complexa, como em favos de mel ou em tecidos ósseos porosos, o que é difícil com outras tecnologias de impressão 3D, mesmo para DMLS.

Tamanho do produto: até 250 mm x 220 mm x 200 mm. Altura da camada - 50 mícrons.

Com esse visual, em breve será possível imprimir uma faca de alta qualidade - a partir do zero, em algumas horas, proporcionando um design mais complexo.

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