Materiais de impressão 3D de metal

Conforme as tecnologias de impressão 3D de metal amadureceram, mais e mais materiais tornaram-se disponíveis para impressão. Muitos desses metais podem ser difíceis ou caros de fabricar usando meios de manufatura tradicionais, mas são adequados para impressão 3D com propriedades de material exclusivas especializadas para operações de alto valor.

Leia este blog para aprender sobre os cinco grupos de materiais mais comuns na manufatura aditiva 3D de metal:aço, superligas, titânio, cobre e alumínio. Esta postagem cobrirá seus atributos, usos, prós e contras e metais específicos dentro de cada grupo.

Aço

O aço é o metal mais comum usado na impressão 3D. Suas excelentes propriedades de material, versatilidade e amplo uso na fabricação de precisão tornam o aço para impressão 3D uma excelente opção para a criação de peças de alta qualidade. A maioria dos tipos de aço pode ser impressa, mas os dois tipos mais comumente usados são aços inoxidáveis e aços ferramenta - metais que são mais caros e difíceis de fabricar convencionalmente.

Atributos positivos:

excelente resistência e rigidez
grande variedade de propriedades do material
tratável termicamente.

Aços inoxidáveis  são aços fortes e rígidos que possuem excelente resistência à corrosão devido ao seu conteúdo significativo de cromo (pelo menos 12%, frequentemente até 18%). Dois tipos de aços inoxidáveis são comumente impressos:austenítico e martensítico.

Aços inoxidáveis austeníticos , o tipo mais comum de aços inoxidáveis, são resistentes à corrosão e podem ser usinados e soldados, embora não possam ser tratados termicamente. 316L é um aço inoxidável comum impresso em 3D, conhecido por sua resistência superior à corrosão.
aço inoxidável martensítico aços são muito mais duros do que os aços austeníticos, mas mais frágeis e menos resistentes à corrosão. 17-4 PH é um aço inoxidável martensítico que pode ser tratado termicamente para se ajustar a uma variedade de propriedades do material e é amplamente utilizado em toda a fabricação.

Aços ferramenta são nomeados por sua aplicação central - ferramentas de todas as variedades. Eles contêm carboneto, um composto extremamente duro que é crítico para sua capacidade de cortar, moer, estampar, moldar ou dar forma. Geralmente, eles são muito duros, resistentes à abrasão e muitos podem ser usados em altas temperaturas. Os três tipos mais comumente impressos em 3D de metal são aços-ferramenta da série A, série D e série H.

Série A os aços-ferramenta são excelentes aços-ferramenta usináveis de uso geral que equilibram a resistência ao desgaste e a tenacidade. Existem oito variedades da Série A, a mais comum das quais é A2 aço ferramenta. É um aço ferramenta versátil para trabalho a frio, frequentemente usado para fazer punções e matrizes, bem como uma ampla variedade de outras aplicações.
Série D aços ferramenta são otimizados para resistência ao desgaste e dureza. Eles não são particularmente resistentes e são usados apenas para aplicações de trabalho a frio. A variedade mais comum na Série D é D2 aço, um aço para ferramentas para trabalho a frio usado para todos os tipos de ferramentas de corte, desde lâminas a ferramentas de corte industriais e facas.
Série H os aços para ferramentas cortam e modelam o material em altas (ou cíclicas) temperaturas. H13 é o aço para ferramentas para trabalho a quente impresso em 3D mais comum. Sua mistura de excelente resistência do metal impresso em 3D, tenacidade, resistência ao desgaste e resistência ao calor o torna um bom aço para ferramentas de uso geral, otimizado para uso em altas temperaturas.

Superligas

A tecnologia de impressão em metal 3D se diferencia por ser capaz de fabricar ligas de alto valor a custos relativamente baixos. Freqüentemente difícil e cara de usinar, a impressão 3D permite que as empresas produzam peças de alto desempenho de maneira mais econômica do que os métodos subtrativos. As superligas prosperam em ambientes adversos - locais com alta temperatura, produtos químicos corrosivos ou ambos. Embora existam muitas superligas imprimíveis, os dois grupos mais comuns são Inconel e Cobalt Chrome.

Atributos positivos:

Excelentes propriedades mecânicas
Resistente ao calor
Boa estabilidade de superfície
Resistente à corrosão
Biocompatível (apenas Cobalt Chrome)

Inconel
O grupo de liga de níquel proprietário mais comum é o Inconel. Este material extremamente forte, resistente e resistente à corrosão é usado em turbinas, vedações de motores e foguetes. As duas formulações mais utilizadas na impressão 3D do inconel são o mais forte e mais resistente Inconel 718 e o Inconel 625 mais resistente ao calor . Ambos são caros para usinar convencionalmente, tornando a impressão 3D uma alternativa econômica.

Cobalt Chrome Esta superliga é conhecida por sua biocompatibilidade, alta relação resistência / peso e resistência à corrosão; é essencialmente uma versão de titânio de alto grau, mais densa e mais cara. Como o Inconel, é usado em turbinas e outros ambientes hostis, mas também pode ser usado em aplicações médicas para as quais o Inconel não é adequado, incluindo implantes ortopédicos e dentários.

Titânio

Embora não seja um material comum usado na fabricação convencional, a relação resistência / peso do titânio e o alto custo (custos de material e custos de usinagem) o tornam uma ótima escolha para impressão 3D. O titânio é normalmente impresso em duas variedades diferentes:ligas de titânio e titânio puro (conhecido como CP Ti).

Atributos positivos:

Razão força-peso
Resistente ao calor
Resistente a produtos químicos
Biocompatível (dependente do processo e da liga)

Ligas de titânio
O titânio atinge suas melhores qualidades mecânicas quando ligado a outros metais. A liga de titânio mais comum é Ti64 (Ti-6Al-4V) - um material mais forte e 40% menos denso do que o aço inoxidável 17-4 PH. É excelente em ambientes corrosivos e de alta temperatura. Essas características o tornam a melhor escolha em indústrias onde a alta relação resistência / peso é valorizada, como aeronaves e veículos de alto desempenho.

Titânio comercialmente puro (CP Ti)

O titânio puro não é tão forte quanto a maioria das ligas de titânio, mas é altamente biocompatível. É usado para inserções ortopédicas e aplicações médicas semelhantes.

Cobre

O cobre apresenta um valor totalmente único entre os materiais metálicos imprimíveis em 3D - é usado por sua condutividade térmica e elétrica, em vez de suas propriedades mecânicas. A impressão 3D em metal permite que os engenheiros criem peças de cobre geometricamente otimizadas, como dissipadores de calor, braços de soldagem e barramentos, por um custo muito mais baixo. Existem apenas alguns sistemas capazes de imprimir qualquer versão de cobre hoje. O cobre pode ser impresso em sua forma pura ou, mais comumente, em sua forma de liga.

Atributos positivos:

Eletricamente condutivo
termicamente condutivo
Resistente à corrosão
Dúctil

Puro Cobre O cobre puro tem a melhor condutividade térmica e elétrica de qualquer liga de cobre, tornando-o a opção preferida. No entanto, devido à sua alta condutividade e alta refletância do laser, o cobre é incompatível com os sistemas baseados em laser padrão. O cobre
puro está disponível apenas em máquinas de extrusão de pó encadernado.

Cobre Ligado
O cobre ligado contém tipicamente 1-2% dos elementos de liga, o que o torna
imprimível em algumas máquinas de fusão do leito de pó. Essas ligas, embora ainda relativamente
condutoras, são opções inferiores ao cobre puro. Um exemplo de liga de cobre
imprimível é C18150 , uma liga com cromo e zinco.

Alumínio

O alumínio, embora seja usado em algumas impressoras 3D de metal, é visto muito menos na impressão 3D do que nos processos de manufatura convencionais. Sua escassez na impressão 3D de peças metálicas se deve a dois fatores:baixa capacidade de impressão e custos relativamente baixos na fabricação convencional. Como resultado, o ROI potencial para peças de metal impressas em 3D usando alumínio, ou o preço da impressora 3D de metal, nem sempre favorece a impressão. As ligas de alumínio mais comuns - como 6061 e 7075 - não são impressas. Em vez disso, as máquinas de fusão de leito de pó que imprimem alumínio normalmente imprimem alumínio de grau de fundição mais macio. Essas ligas de fundição contêm até 12% de silício em peso e têm propriedades mecânicas inferiores.

Atributos positivos:

Baixo peso
durável
Dúctil

Alternativas ao alumínio na impressão 3D

Como o valor da impressão é relativamente baixo, não está claro quando se tornará comum na impressão 3D. Até então, o titânio e o aço fornecem proporções similares de resistência e peso quando impressos com preenchimento de célula aberta, enquanto as impressoras 3D compostas contínuas podem produzir peças resistentes ao alumínio por uma fração do custo.

As organizações interessadas na impressão 3D de peças de alumínio devem considerar a manufatura aditiva com impressão Markforged Carbon Fiber 3D - que pode criar peças com resistência equivalente ao alumínio 6061-T6, ao mesmo tempo que oferece propriedades de material aprimoradas, como rigidez, resistência ao impacto, resistência ao calor e durabilidade. Além disso, em comparação com o alumínio 6061, a fabricação de fibra de carbono reforçada oferece proporções de resistência para peso dramaticamente melhoradas, o que pode ser crítico para certas aplicações de alto desempenho em setores como aeroespacial e automotivo.

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