A impressão 3D em metal vai muito além do aço inoxidável e do alumínio. Na verdade, existem 10 opções bem populares para uma gama cada vez maior de aplicações.
A impressão 3D em metal utiliza uma ampla variedade de pós, fios, filamentos e até resina líquida com infusão de metal. Praticamente qualquer metal pode ser impresso em 3D, do aço inoxidável às ligas à base de níquel, mas, na prática, cerca de 10 são os mais usados.
A pergunta mais comum sobre impressão 3D em metal é: A peça final terá as mesmas características mecânicas que uma peça de metal usinada, moldada ou forjada?
A resposta rápida é geralmente sim, e às vezes as qualidades mecânicas podem ser até melhores. No entanto, isso depende muito da tecnologia de impressão 3D em metal utilizada (existem cerca de 10), do tipo de matéria-prima inicial, do pós-processamento e do formato da peça. Além disso, as comparações dependem dos aspectos que você analisa, como resistência à tração, resistência à carga estática, fadiga de alto ciclo, etc.
Pesquisadores concluíram que, como a impressão 3D é um processo camada por camada, todas as peças impressas em 3D em metal terão algum grau de anisotropia (propriedades possivelmente mais fracas ao longo das camadas). Mas essas medidas são previsíveis e controláveis pela maneira como você imprime suas peças.
Um estudo mostrou que, sob certas condições, peças de aço inoxidável fabricadas em impressoras 3D LPBF eram até três vezes mais resistentes do que peças de aço inoxidável fabricadas por técnicas convencionais.
No geral, as propriedades do material das peças metálicas feitas com jateamento de ligante metálico são equivalentes às peças metálicas produzidas com moldagem por injeção de metal, um dos métodos de fabricação mais usados para a produção em massa de peças metálicas.
De protótipos funcionais de alumínio a implantes de quadril de titânio, a impressão 3D em metal está provando ser aplicável a uma lista cada vez maior de usos comuns.
Por que esses 10 Metais?
À medida que a manufatura aditiva de metal evolui, os materiais metálicos também evoluem.
A singularidade dos processos de impressão 3D, do laser à jateamento de ligante, demonstrou responder particularmente bem a novas ligas metálicas e até mesmo ao tamanho das partículas de pó metálico. Não entraremos em detalhes aqui, mas essas novas formas de fazer peças metálicas geraram toda uma nova indústria de materiais metálicos, levando os clientes a questionarem suas escolhas tradicionais de metal.
À medida que mais setores adotam a impressão 3D para aplicações importantes, surgem novas oportunidades de materiais. Abaixo, apresentamos as 10 categorias de metal mais usadas hoje, tomando algumas liberdades para agrupar algumas e separar outras.
Esses 10 são apenas os pontos de partida para o que é possível hoje, pois os produtores de materiais metálicos continuam inovando e ajustando ligas metálicas personalizadas para necessidades específicas usando tecnologia específica de impressão 3D em metal.
Aço Inoxidável: Versátil
O aço inoxidável, naturalmente, não é um material, mas sim muitas variedades de ligas comumente usadas na impressão 3D. Os dois principais são 316L e 17-4 PH, mas você também pode imprimir em 3D com 304L, 15-5PH, 420, 254, PH1, GP1, 630 e 410, além de misturas personalizadas produzidas pelo fabricante do material.
Esses aços são projetados especificamente para resistência à corrosão. Eles são um metal leve e acessível, ideal para impressão 3D. Hoje, os fabricantes imprimem aço inoxidável em 3D porque é mais rápido e barato do que os métodos tradicionais para peças pequenas e complexas. Para empresas que precisam de uma ferramenta específica ou apenas algumas peças de reposição, a impressão 3D é a escolha certa.
Você pode usar aço inoxidável em quase todos os tipos de impressão 3D, desde filamento econômico para extrusão em impressoras 3D de mesa até pó para jateamento de ligante e fusão a laser de leito de pó e até resina.
Aço ferramenta: Alta dureza e resistência ao desgaste
Como o aço inoxidável, o aço ferramenta também possui diversas variações, cada qual oferecendo diferentes níveis de resistência à tração, ductilidade, dureza e outras características. Aços ferramenta são tipos específicos de ligas de aço, criados especialmente para a fabricação de ferramentas. Eles são reconhecidos por sua dureza, resistência à abrasão e capacidade de manter um fio de corte afiado em altas temperaturas.
Este aço inoxidável impresso em 3D é frequentemente utilizado para produzir insertos de moldes de injeção, componentes aeroespaciais, em aplicações militares, ferramentas de manufatura e na arquitetura e construção.
A principal vantagem do aço ferramenta impresso em 3D não é apenas a sua resistência, mas também a habilidade única de criar peças com canais internos (como canais de refrigeração conformados em moldes de fundição) e áreas de preenchimento padrão treliça, os quais são impossíveis de se fabricar com métodos tradicionais.
A impressão 3D de aço não tem como objetivo substituir os métodos tradicionais em todas as aplicações, mas pode ser a melhor escolha para uma ampla e crescente variedade de usos.
Aço de liga leve
Todos os aços impressos em 3D são ligas, mas esta categoria inclui aços que possuem um baixo teor, ou menos de 5%, de outro elemento. Esses aços de baixa liga são projetados para atingir propriedades mecânicas ainda mais altas e maior resistência ao desgaste e corrosão em comparação com outros aços. Os aços de baixa liga são comumente usados em aplicações automotivas, aeroespaciais e estruturais.
Os aços de baixa liga são tratáveis termicamente, o que aumenta sua flexibilidade de uso na manufatura.
Outro tipo de aço que está ganhando espaço na fabricação aditiva é o aço maraging, que não é um aço de baixa liga, pois pode conter até 25% de níquel, mas o colocamos neste grupo por causa de sua aplicação. Os aços maraging têm resistência e tenacidade excepcionais, tornando-os adequados para aplicações aeroespaciais e de alta tensão.
Alumínio: Leve e Resistente à Corrosão
Para as indústrias aeroespacial, automotiva e de manufatura em geral, as propriedades de leveza e resistência química das peças de alumínio são ainda mais aprimoradas pela liberdade de design e pela eficiência de custo da impressão 3D. O uso de alumínio e ligas de alumínio na impressão 3D está crescendo porque esse metal é econômico e fácil de imprimir.
Assim como a maioria dos metais, o alumínio está disponível como filamento, pó ou fio para diversas tecnologias de impressão 3D. Tem havido um esforço considerável de P&D em ligas de alumínio para manufatura aditiva e, hoje, esses materiais são especialmente ajustados para aproveitar as vantagens dos processos exclusivos de fusão a laser e feixe de elétrons.
As ligas de alumínio apresentam boa resistência química, são muito leves e possuem uma das melhores relações resistência-peso entre todos os metais. Combinado com silício e magnésio, é a escolha de muitos na indústria aeroespacial e automotiva por sua capacidade de resistir a condições adversas.
Titânio: Leve e Biocompatível
O titânio – resistente como o aço, porém metade do peso – é um metal complexo para se trabalhar, mas praticamente nasceu para a impressão 3D.
O titânio se tornou um dos metais mais usados na manufatura aditiva, amplamente empregado na indústria aeroespacial, implantes articulares e ferramentas cirúrgicas, carros de corrida e quadros de bicicletas, eletrônicos e outros produtos de alta performance.
O titânio e as ligas à base de titânio oferecem alta resistência mecânica, uma ótima relação resistência-peso e melhor resistência à corrosão do que os aços inoxidáveis. Isso torna os foguetes e aviões mais leves, o que economiza combustível e aumenta a capacidade de carga útil. Na indústria aeroespacial, diversas peças fabricadas aditivamente à base de titânio e aprovadas pela FAA (Administração Federal de Aviação) dos EUA estão atualmente em uso comercial e militar, com vários outros protótipos caminhando para a certificação. O titânio impresso em 3D é valorizado por sua baixa relação “compra-para-voo” (buy-to-fly) – peso da matéria-prima dividido pelo peso do componente final.
No setor médico, implantes de titânio impressos em 3D têm sido bem-sucedidos em aplicações para coluna vertebral, quadril, joelho e extremidades devido à biocompatibilidade inerente do metal e boas propriedades mecânicas combinadas com a capacidade da impressão 3D de criar estruturas porosas que permitem a integração óssea e a customização em massa para melhores resultados para o paciente.
Cobre: Condutividade Elétrica e Térmica
A impressão 3D com cobre puro e ligas de cobre de última geração é possível com uma variedade de impressoras e serviços de impressão 3D de metal. Você pode criar protótipos rápidos de cobre usando filamento de cobre em uma impressora 3D FDM e grandes propulsores de foguete de cobre usando ligas de cobre em impressoras 3D de fusão a laser de leito de pó. Há também fio de cobre e resina de cobre, usada para micro impressão 3D.
Na verdade, o cobre desempenha um papel importante nas metas globais de sustentabilidade como peça fundamental de motores elétricos, infraestrutura de carregamento, energia solar e baterias.
Liga de Níquel: Resistente a Ambientes Extremos
As ligas à base de níquel e as “superligas” são conhecidas por sua excelente resistência a altas temperaturas, corrosão e oxidação. Essas ligas mantém sua resistência e propriedades mecânicas em temperaturas elevadas. Elas são comumente usadas em aplicações exigentes, como aeroespacial, turbinas a gás, processamento químico e ambientes marinhos. Nos últimos anos, essas ligas também ganharam popularidade na impressão 3D, principalmente nas indústrias aeroespacial e automotiva.
Você pode ouvir o termo Inconel quando se trata de ligas de níquel. Inconel é uma marca registrada para uma família de superligas à base de níquel-cromo, incluindo IN625, IN718 e IN939.
As ligas de níquel geralmente são mais caras do que outros materiais como aço e alumínio e podem não ser adequadas para aplicações em baixas temperaturas.
Bronze: Resistente ao Desgaste e Faíscas
Embora o bronze seja uma liga de cobre, ele merece uma entrada própria devido à sua ampla variedade de aplicações industriais, além de artes decorativas, como estátuas, troféus e jóias.
Em ambientes industriais, o bronze é frequentemente valorizado por suas qualidades antifaiscantes em locais onde a geração de faíscas pode representar risco de incêndio ou explosão. Mineração, defesa e aeroespacial são setores que requerem ferramentas e componentes de bronze, como esta catraca de artilheiro de bronze-alumínio (foto acima) impressa em 3D usando a tecnologia de spray frio pela Speed 3D. O bronze-alumínio também é altamente resistente à corrosão e especialmente valorizado em ambientes marítimos.
O bronze também é misturado com outros metais e materiais para aplicações específicas de fabricação aditiva. O bronze fosforoso, que contém cobre e quantidades variadas de estanho e fósforo, é altamente resistente à fadiga e ao desgaste. O bronze silicioso é composto por cobre, com uma pequena quantidade de silício e outros elementos como manganês, estanho ou zinco, e é usado em componentes de bombas e válvulas, bem como nas indústrias química e de processamento de alimentos. O bronze de níquel é conhecido por sua excelente resistência à corrosão, além de ter boa condutividade térmica e elétrica.
Cromo Cobalto: Resistente a altas temperaturas e corrosão
O cromo-cobalto impresso em 3D oferece uma alta relação resistência-peso e excelente resistência à corrosão, tornando-o um bom material para componentes aeroespaciais e máquinas industriais. Também é biocompatível e frequentemente usado em implantes ortopédicos, próteses dentárias e instrumentos médicos onde o contato de longo prazo com tecidos biológicos é necessário.
As ligas de cromo-cobalto podem ser processadas usando técnicas de manufatura aditiva como fusão a laser seletiva (SLM) ou fusão por feixe de elétrons (EBM). Isso permite a produção de geometrias complexas e peças personalizadas com mínimo desperdício de material, tornando-as atraentes para indústrias que adotam tecnologias de manufatura avançada.
Ouro e Prata: Belos e Biocompatíveis
O ouro e a prata impressos em 3D, assim como outros metais preciosos, estão ganhando cada vez mais popularidade. Embora a jóia personalizada normalmente possa envolver um molde de fundição impresso em 3D, a impressão direta em 3D com pó de ouro e prata é feita usando a tecnologia de fusão a laser de leito de pó (LBPF) e o jateamento de ligante é outra opção menos utilizada.
O ouro e a prata podem formar ligas com uma ampla variedade de outros metais, aprimorando suas propriedades para aplicações industriais específicas.
O metal usado na impressão 3D não é ouro 100% porque o ouro puro é um metal macio que requer liga para se tornar o material durável que conhecemos. Por esse mesmo motivo, os lasers intensos em LBPF usados para sintetizar aços quase vaporizariam o ouro.
De acordo com a EOS, fabricante alemã de todos os tipos de tecnologias de impressão em metal, que fez parceria com a Cookson Precious Metals para melhorar o processo de impressão de ouro, os melhores resultados para jóias de ouro requerem uma máquina especial com laser apropriado e pó de ouro adequado que possa resistir à potência do laser.
O ouro possui diversas aplicações industriais em tecnologia espacial, energia renovável e manufatura devido à sua condutividade elétrica, resistência à corrosão e biocompatibilidade.
Peças impressas em 3D com prata também usam fusão a laser de leito de pó ou impressoras 3D de jateamento de ligante, mas outros métodos específicos, como a extrusão de metal fundido com pasta de fotopolímero de prata usando um fio de prata, também estão mostrando potencial.
Empresas de jóias personalizadas e casas de alta costura estão adotando a impressão 3D com pó de prata e ouro porque ela acelera a produção de peças personalizadas para volumes de pequenos a médios. Em uma única impressão, as empresas podem imprimir dezenas de anéis ou mais, onde cada um é diferente. Há também a capacidade de imprimir apenas sob demanda, o que elimina o estoque e permite que as joalherias reajam rapidamente às últimas tendências de jóias e moda.
Embora a prata seja talvez mais comumente associada a itens decorativos, ela possui vários usos industriais, incluindo painéis solares, aplicações médicas e micro-ondas.
Nossas impressoras atendem uma infinidade de necessidades.
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Fonte: All3DP / Adaptação: 3be Soluções em 3D
