Uma das vantagens importantes da tecnologia de impressão 3D com metais é a capacidade de criar um produto a partir de praticamente qualquer liga. Além dos metais comuns, há uma ampla variedade de ligas especiais - materiais exclusivos de alta tecnologia, produzidos para tarefas específicas do cliente.
A mais avançada e popular das tecnologias de impressão 3D com metais é a
fusão seletiva a laser (SLM / DMP). Consiste na fusão seqüencial camada a camada de pós metálicos usando radiação de alta potência de um laser de itérbio.
A tecnologia é patenteada pelos líderes da indústria 3D - SLM Solutions e 3D Systems. Dependendo de sua funcionalidade e tarefas, as impressoras 3D de metal desses fabricantes podem ser usadas como máquinas de produção para produção em série e como unidades de laboratório com configurações flexíveis e a capacidade de alterar rapidamente os materiais para impressão 3D.
Equipamento
Soluções SLM (tecnologia SLM): SLM 125, SLM 280, SLM 500, SLM 800;
Sistemas 3D (tecnologia DMP): ProX DMP 100, ProX DMP 200, ProX DMP 300, ProX DMP 320, DMP 8500.
As principais vantagens da impressão 3D com metais:- alta densidade: 1,5 vezes maior do que na fundição;
- a capacidade de criar objetos em miniatura e geometricamente complexos e outras formas únicas na forma de estruturas biônicas fechadas;
- uma ampla seleção de ligas metálicas, padrão e especiais;
- redução de ciclos de produção e produção acelerada de produtos acabados.
Escopos de aplicação:- indústria aeroespacial;
- engenharia mecânica;
- indústria automotiva ;
- indústria de petróleo e gás;
- Eletrônicos
- medicina;
- indústria de alimentos;
- pesquisa e trabalho experimental em agências de design, centros científicos e educacionais.
Tipos de metais usados na fabricação aditiva
As modernas tecnologias aditivas envolvem o uso de cerca de vinte materiais testados e prontos para uso, incluindo ligas instrumentais, inoxidáveis, resistentes ao calor, ligas de alumínio e titânio, cobalto-cromo e titânio medicinais.
Como existem muitos metais e cada um deles possui certas propriedades, um metal pode ser substituído por outro com base em problemas tecnológicos. Por exemplo, se uma liga de titânio precisar ser usada na cadeia tecnológica, o tecnólogo poderá escolher uma das muitas ligas de titânio com as propriedades necessárias para a produção de um determinado produto.
- Ligas inoxidáveis: 17-4PH, AISI 410, AISI 304L, AISI 316L, AISI 904L
Esta categoria inclui aços de alta liga com um teor de cromo de pelo menos 12%. O óxido de cromo forma um filme resistente à corrosão na superfície do metal, que pode ser destruído por danos mecânicos ou meios químicos, mas é restaurado como resultado da reação com o oxigênio. As ligas à prova de corrosão são usadas na fabricação de válvulas para prensas hidráulicas, válvulas para usinas de craqueamento, molas, equipamentos soldados operando em ambientes agressivos e produtos utilizados em altas temperaturas (+ 550 ... 800 ° C). - Ligas de ferramentas: 1.2343, 1.2367, 1.2709
O principal objetivo das ligas de ferramentas é a fabricação de vários tipos de ferramentas (corte, medição, estampagem, etc.), abas nos moldes durante a deformação a quente de aços estruturais e ligas não ferrosas na produção em larga escala, moldes para moldagem por injeção de alumínio, zinco e ligas de magnésio . Essas ligas contêm pelo menos 0,7% de carbono e têm dureza aumentada, resistência ao desgaste, tenacidade, condutividade térmica e temperabilidade. - Ligas de níquel: Inconel 625, Inconel 718
O níquel tem a capacidade de dissolver muitos outros metais em si, mantendo a ductilidade, por isso existem muitas ligas de níquel. Por exemplo, em combinação com o cromo, são amplamente utilizados em motores de aeronaves, dos quais fabricam lâminas de trabalho e bicos, discos de rotores de turbinas, peças da câmara de combustão , etc. As mais resistentes ao calor são as ligas fundidas à base de níquel, que suportam temperaturas de até 1100 ° C por centenas e milhares de horas com altas cargas estáticas e dinâmicas. - Cobalto Cromado: CoCr
CoCr é uma liga de cobalto-cromo de alta qualidade para fundição de modelos que atende aos requisitos técnicos modernos. Por suas excelentes propriedades mecânicas, é adequada para a fabricação de casos de geometria complexa em eletrônica, produção de alimentos, aeronaves, foguetes e engenharia mecânica, além de próteses de fecho. - Metais não ferrosos: CuSn6
O CuSn6 é uma liga de cobre e 6% de estanho, que possui altas propriedades de condução de calor e resistência à corrosão e é ideal para criar sistemas de refrigeração exclusivos. - Ligas de alumínio: AlSi12
Estas são as ligas de fundição mais baratas. Suas vantagens incluem alta resistência à corrosão, fluidez, condutividade elétrica e térmica. Na indústria, eles são usados, via de regra, para a fabricação de peças grandes de paredes finas de formato complexo. - Ligas de titânio: Ti6Al4V, Ti6Al7Nb
Ti6Al4V é a liga de titânio mais comum com excelentes propriedades mecânicas. É considerada a liga de titânio mais forte e mais resistente, sendo caracterizada por uma complexidade de processamento particularmente alta. Possui uma densidade de 4500 kg / m³ e uma resistência à tração de mais de 900 MPa. O Ti6Al4V oferece vantagens inegáveis em termos de redução de peso em indústrias como aeroespacial, automotiva e construção naval. Esses metais são utilizados, em particular, na fabricação de pastilhas em moldes, pás de turbinas, câmaras de combustão, além de produtos projetados para trabalhar em altas temperaturas (até + 1100 ° C).
Diagramas de instalação para soluções SLM (acima) e sistemas 3D (abaixo)Características dos pós metálicos
- O metal para plantas aditivas é produzido na forma de grânulos esféricos finamente divididos com um tamanho de grão de 4 a 80 mícrons. Este indicador determina a espessura do objeto a ser cultivado na planta aditiva. Ao criar um pó, o tamanho e a composição do grão são definidos , pois é necessário observar uma certa porcentagem de grãos grandes e pequenos. Dessa forma, é determinada a fluidez do metal, que é verificada usando um dispositivo Hall (funil com um furo calibrado). Se o grão tiver uma fração muito pequena, o metal não fluirá pelo funil e, consequentemente, será mal alimentado à mesa de construção, o que afeta diretamente a uniformidade das camadas obtidas e a qualidade do produto cultivado.
- Cada empresa que produz esse tipo de impressora 3D possui seus próprios requisitos de fluxo , dependendo do princípio de aplicação do material na plataforma de construção. Nas instalações aditivas das SLM Solutions (tecnologia SLM), o metal é alimentado para a área de trabalho por cima, a partir de um alimentador (câmara com material) e transportado por um rekouter. Nesse caso, a fluidez é muito importante para que o pó flua do alimentador para o repelente e as camadas sejam aplicadas adequadamente. A 3D Systems (tecnologia DMP) usa um princípio de operação um pouco diferente: o recipiente com o pó sobe um pouco, com a ajuda de um rolo é transferido para a mesa de construção e, em seguida, o recipiente é baixado. Devido a esse design, os indicadores de fluxo não são críticos (consulte os diagramas de design do produto nas figuras).
- Metais diferentes requerem tratamentos térmicos diferentes e, às vezes, plataformas especialmente aquecidas são usadas para isso. Durante o processo de construção, quando o metal é derretido, é gerada uma grande quantidade de calor, que deve ser removida. O papel dos radiadores que eliminam o calor é desempenhado pelos suportes utilizados na construção dos produtos. Em alguns casos, a peça em si, sem suportes, é soldada na área de trabalho, como em um radiador.
- A estrutura dos produtos metálicos obtidos de maneira aditiva depende da tecnologia de construção e das configurações do equipamento. Os principais fabricantes alcançaram uma densidade de metal de cerca de 99,9% do valor teórico. Juntamente com o derretimento seletivo a laser, existem tecnologias menos eficientes, já obsoletas, semelhantes ao método SLS, que fornecem menor densidade.
- A estrutura interna do metal é granulada. Se no futuro vamos compactar a peça, ou seja, afetá-la fisicamente, devemos levar em consideração que é muito mais difícil comprimir um grão pequeno do que um grão grande. Mas, ao mesmo tempo, estamos muito perto de laminar - ou seja, ao metal que já foi densificado. A densidade dos produtos impressos em uma impressora 3D é 10-15% menor do que durante o aluguel, mas cerca de 50% maior que a dos metais fundidos.
Considerações de segurança para impressoras 3D de metal
Como você sabe, os metais que entram no corpo humano em doses microscópicas são úteis. Em doses macro, eles trazem riscos à saúde - é muito fácil obter intoxicação por metais e, além disso, os pós são explosivos. Quando a dispersão do pó é de 4 mícrons, penetra através dos poros da pele, sistema respiratório, visão, etc. Nesse sentido, ao trabalhar em impressoras 3D de metal, você deve seguir rigorosamente as precauções de segurança. Para isso, roupas de trabalho de proteção são fornecidas - um terno, luvas e sapatos. As máquinas aditivas, por via de regra, são equipadas com um aspirador de pó para remover o pó principal; no entanto, mesmo após seu uso, permanece alguma suspensão de metais.
Os fabricantes se esforçam para melhorar as condições de segurança, e agora há uma tendência de criar os chamados ciclos fechados na fabricação aditiva, ou seja, salas completamente fechadas, além das quais o pó não cai. O operador trabalha com roupas especiais, que são descartadas.
Potencial de impressão 3D em metal
Assim, descobrimos que as tecnologias modernas permitem obter pó para impressão 3D com metal com certas propriedades para solucionar problemas específicos de produção. E como quase todo metal pode ser pulverizado, a gama de materiais metálicos para impressoras 3D é extremamente ampla.
As realizações da metalurgia são totalmente implementadas na fabricação aditiva, permitindo o uso de
ligas exclusivas para a fabricação de produtos geometricamente complexos, com maior precisão, densidade e repetibilidade. Ao mesmo tempo, a introdução de fábricas de aditivos metálicos também possui fatores restritivos, sendo o principal deles o alto custo dos pós.
A impressão 3D com metais tem um sério potencial para aumentar a eficiência da produção em muitos setores e é usada por um número crescente de empresas e organizações de pesquisa. Um exemplo para a indústria global é mostrado por líderes da indústria como
General Electric , Airbus, Boeing, Michelin, que já passaram da fabricação de produtos metálicos únicos para a fabricação aditiva em série.