Impressão 3D de Metal:O que é Deposição de Energia Direta?

Deposição de energia direta (DED) é uma série de várias tecnologias de impressão 3D de metal semelhantes que cria peças ao derreter e fundir o material à medida que é depositado. Embora possa ser usado para fabricar novas peças, o DED é normalmente usado para reparar e reconstruir componentes danificados. Uma das principais tecnologias de impressão 3D de metal, o DED já é utilizado em indústrias-chave como aeroespacial e defesa, petróleo e gás, bem como na indústria naval. No tutorial de hoje, vamos explorar o processo DED, seus benefícios e limitações e casos de uso existentes.

Como funciona o DED?

A Deposição de Energia Direta às vezes tem vários nomes diferentes, incluindo revestimento a laser 3D e fabricação de luz direcionada. Além disso, certas tecnologias proprietárias modeladas em DED às vezes são usadas alternadamente:Fabricação de Aditivos de Feixe de Elétrons (Sciaky), Modelagem de Rede Projetada a Laser (Optomec), Deposição Rápida de Plasma (Norsk Titanium) ou Fabricação de Aditivos de Arco de Fio. Embora cada processo funcione de maneira um pouco diferente, o princípio por trás deles é o mesmo.

No processo DED, o material de alimentação, que vem em pó de metal ou na forma de arame, é empurrado através de um bocal de alimentação onde é derretido por uma fonte de calor focalizada (mais comumente um laser, mas poderia também ser um feixe de elétrons ou arco) e sucessivamente adicionado à plataforma de construção. A fonte de calor e o bocal de alimentação são montados em um sistema de pórtico ou braço robótico. O processo normalmente ocorre em uma câmara hermeticamente selada cheia de gás inerte para controlar melhor as propriedades do material e proteger o material da oxidação indesejada.


Confira a tecnologia em ação:

Materiais

DED suporta uma ampla gama de metais, incluindo:

• Ligas de titânio
• Aço inoxidável
• Aços maraging
• Aços para ferramentas
• Ligas de alumínio
• Metais refratários (tântalo, tungstênio, nióbio)
• Superligas (Inconel, Hastelloy)
• Níquel Cobre
• Outros materiais especiais, compostos e materiais com graduação funcional

Notavelmente, os materiais usados ​​no DED são significativamente mais baratos do que os pós metálicos usados ​​no metal de leito de pó AM.

Deposição de energia direta:prós e contras

A tecnologia DED está em uso há vários anos e oferece uma série de benefícios:

• Ideal para reparar peças:A capacidade de controlar a estrutura granulada de uma peça torna o DED uma boa solução para o reparo de peças metálicas funcionais.

• Partes maiores impressas em 3D :Em contraste com os processos AM de metal em pó, que normalmente produzem componentes menores e de alta definição, alguns métodos DED proprietários podem produzir peças de metal maiores - por exemplo, a tecnologia de Fabricação de Aditivos de Feixe de Elétrons (EBAM), desenvolvida por Sciaky, diz que ser capaz de produzir peças maiores que 6 metros de comprimento.

• Alta velocidade de impressão :Normalmente, as máquinas DED têm altas taxas de deposição de material. Por exemplo, alguns processos DED podem atingir uma velocidade de até 11 kg de metal por hora.

• Menos desperdício de material :Com os processos SLM e DMLS, como o pó é espalhado na plataforma de construção e depois fundido seletivamente, isso pode muitas vezes deixar uma grande quantidade de pó não fundido que precisa ser reutilizado. Nos contratos, com o DED apenas é depositada a quantidade necessária de material. Como não há resíduos em pó para reciclar, isso resulta em uso eficiente de material e economia de custos.

• Capacidades multimaterial :Com DED, pós ou fios podem ser trocados ou misturados durante o processo de construção para criar ligas personalizadas. A tecnologia também pode ser usada para criar um gradiente entre dois materiais diferentes na mesma construção, obtendo propriedades de material mais fortes para uma peça.

• Peças de metal de alta qualidade :DED produz peças altamente densas com propriedades mecânicas tão boas ou melhores do que aquelas de materiais fundidos ou trabalhados comparáveis. As peças produzidas com DED também podem atingir formatos quase finais, o que significa que exigirão pouco pós-processamento.

• Capacidades de fabricação híbrida :DED é uma das poucas tecnologias de impressão 3D de metal apta para integração em centros de usinagem para criar uma solução de manufatura híbrida. Ao montar um bico de deposição em um sistema de usinagem multieixo, peças de metal altamente complexas podem ser produzidas mais rapidamente e com maior flexibilidade.

Quais são as limitações do DED?

Algumas das limitações do DED incluem:

• Baixa resolução: As peças produzidas com Deposição de Energia Direta tendem a ter baixa resolução e acabamento superficial ruim, exigindo usinagem secundária, o que adicionará tempo e custo ao processo geral.

• Sem estruturas de suporte: O DED não se presta à criação de estruturas de suporte, o que limita a produção de peças com determinadas geometrias, por exemplo, saliências.

• Custo: Os sistemas DED são normalmente muito caros, com custos superiores a US $ 500.000.

Deposição de energia direta:as máquinas

Na tabela abaixo, resumimos as principais empresas que desenvolveram tecnologias proprietárias baseadas no processo DED, juntamente com as máquinas disponíveis e seus volumes de construção.

Fabricante Nome do sistema Aumentar o volume Sciaky EBAM® 68711 x 635 x 1600 mmEBAM® 881219 x 89 x 1600 mmEBAM® 110 1778 x 1194 x 1600 mmEBAM®1502794 x 1575 x 1575 mmEBAM® 3005791 x 1219 mm x 1219 mm Optomec LENS 450 100 x 100 x 100 mm LENS MR-7300 x 300 x 300 mm LENS 850-R 900 x 1500 x 900 mm LENS 860 Hybrid860 x 600 x 610 mm BeAM Módulo 250400 x 250 x 300 Módulo 400650 x 400 x 400Magic 8001200 x 800 x 800 InnsTek MX-600450 x 600 x 350 mm MX-10001.000 x 800 x 650 mm MX-Grande4.000 x 1.000 x 1.000 mm DMG Mori (híbrido) LASERTEC 65 3D735 x 650 x 560 mm

Casos de uso comuns

O DED tem sido aplicado com sucesso em várias indústrias, incluindo aeroespacial, petróleo e gás, defesa, marinha e arquitetura. Os fabricantes aeroespaciais estão usando cada vez mais a tecnologia para produzir peças estruturais para satélites e aeronaves militares. A Lockheed Martin Space, por exemplo, qualificou recentemente o processo EBAM de Sciaky para construir cúpulas de tanques de combustível de titânio para satélites. Com o uso da tecnologia, a empresa conseguiu reduzir o tempo de produção do componente em 87% e o lead time de dois anos para três meses.

O DED está sendo considerado também para peças estruturais de aeronaves comerciais . Um exemplo são as peças de titânio de aeronaves aprovadas recentemente pela FAA para o Boeing 787 Dreamliner, fabricado pela Norsk Titanium. A empresa norueguesa usou sua tecnologia proprietária de Deposição de Plasma Rápido, uma forma de tecnologia DED, que ajudou a alcançar uma melhoria considerável na proporção de compra para voar em comparação com os métodos de fabricação convencionais. Agora, com as peças de titânio entrando em produção em série, a Boeing espera cortar seus custos de produção em US $ 2 a US $ 3 milhões por avião. Além de produzir peças de metal, a tecnologia DED é adequada para o reparo de peças danificadas. Graças à forte ligação metalúrgica e às microestruturas finas e uniformes que DED pode produzir, componentes como lâminas de turbina e insertos de ferramentas de moldagem por injeção podem ser recondicionados. Ao reparar peças desgastadas, moldes ou matrizes, o DED permite reduzir significativamente o tempo de inatividade e os custos associados à substituição da peça, ao mesmo tempo que estende a vida útil da peça. Além disso, o DED pode ser usado para modificar peças. Por exemplo, usando a tecnologia para depositar uma camada de revestimento rígido resistente ao desgaste, a resistência ao desgaste e à corrosão de uma peça pode ser melhorada.

O futuro do DED

O DED oferece inúmeras vantagens para as indústrias que requerem a criação ou reparo eficiente de equipamentos de alto valor e peças de metal sob medida, especialmente aquelas de tamanho maior. Olhando para o futuro, esperamos que o escopo de aplicações para a tecnologia se expanda, principalmente devido à tendência estimulante da fabricação de híbridos. Por meio de sua integração com tecnologias de manufatura convencionais, o DED poderia trazer avanços para as indústrias em busca de oportunidades de produção inovadoras e econômicas.