Quando usar impressão 3D de metal versus moldagem por injeção de metal (MIM)

O boom da impressão 3D comercial deu origem a vários equívocos comuns sobre o processo. Por exemplo, muitos acreditam que os processos de manufatura aditiva só podem usar plásticos. Na realidade, os engenheiros também podem criar peças impressas em 3D usando metais.

Para projetos envolvendo metais, os engenheiros devem se familiarizar com as vantagens e desvantagens da moldagem por injeção de metal (MIM) e da impressão 3D de metal. Um olhar mais atento aos dois processos mostra que a impressão 3D em metal oferece uma surpreendente gama de benefícios. Aqui estão as principais diferenças - além das principais considerações - para engenheiros.

Moldagem por injeção de metal (MIM)

A moldagem por injeção de metal (MIM) combina a moldagem por injeção de plástico com a metalurgia do pó e requer quatro etapas – preparação da matéria-prima, moldagem, desvinculação e sinterização.

Primeiro, pós finos de metal são combinados com material termoplástico e aglutinantes de cera e depois granulados em pequenos grânulos. Esses pellets são então aquecidos e injetados em uma cavidade do molde. Após a moldagem, o ligante é removido do pó metálico, resultando em uma “parte marrom”, que segue para a etapa de sinterização. O ciclo do forno normalmente envolve vários estágios. A parte marrom é aquecida a uma temperatura relativamente baixa para queimar qualquer aglutinante restante, então é sinterizada a uma temperatura próxima ao ponto de fusão do metal. O pó de metal se densifica para produzir o produto final.

Aplicativos

Os engenheiros recorrem ao MIM quando precisam produzir peças - especialmente pequenas ou complexas - que não podem ser fabricadas com eficiência com nenhum outro processo. Como apenas um molde é necessário para fazer uma peça com MIM, esse processo também é altamente repetível e produz peças uniformes em tamanho, forma e resistência.

As peças MIM têm uma ampla gama de aplicações nos principais setores comerciais e industriais, do automotivo ao aeroespacial. As aplicações comuns incluem dobradiças em componentes de óculos, estojos de relógios, dobradiças de laptop e instrumentos médicos de precisão.

Benefícios

O MIM é um método eficiente para produzir um alto volume de peças pequenas e complexas. As peças acabadas têm um acabamento de superfície liso e são relativamente fortes para seu tamanho, geralmente rendendo acima de 95% de densidade. O MIM é compatível com uma ampla variedade de materiais que podem ser decompostos em pó e são adequados para sinterização. Estes são principalmente aços.

Limitações

Infelizmente, a moldagem por injeção de metal vem com inúmeras limitações, principalmente devido aos moldes necessários para produzir peças MIM. Os moldes MIM podem custar de US$ 50.000 a US$ 100.000, o que pode ser proibitivamente caro para produções de baixo volume. Muitas vezes, o MIM faz sentido financeiro para volumes anuais acima de 50 mil com um longo ciclo de vida de produção.

Além disso, a moldagem por injeção de metal apresenta desafios de projeto consideráveis ​​para os engenheiros. Os designs dos moldes não são facilmente alterados e ainda existem limitações significativas em relação à forma. Por exemplo, a peça não pode ter grandes saliências, pois deve ser ejetada para fora da cavidade. A espessura da parede apresenta outro desafio de design devido à desvinculação. Se as paredes da peça forem muito grossas, pode ser impossível extrair a cera do meio. Designers e gerentes de projeto devem manter essas considerações em mente se planejam usar moldagem por injeção de metal para seu projeto. Caso contrário, eles podem ser forçados a fazer ajustes dispendiosos mais tarde no processo de fabricação.

Impressão 3D em metal

A impressão 3D de metal oferece muitas vantagens que outros processos, incluindo o MIM, não podem igualar. Um tipo de impressão 3D de metal é a fusão de leito de pó a laser (L-PBF), às vezes conhecido como DMLS, que é um processo de impressão que produz peças de pó de metal.

Durante este processo, uma câmara é preparada com um gás inerte como o argônio para minimizar a oxidação. Uma fina camada de pó de metal é espalhada no topo da plataforma de construção e, em seguida, um laser derrete o pó em pequenas seções; o processo se repete até que a peça esteja totalmente construída. O excesso de pó é removido após o resfriamento da peça. A partir daí, a peça é aliviada de tensão, destacada da placa de construção e, em seguida, tratada termicamente, se necessário.

Aplicativos

As peças feitas com o processo L-PBF são ideais para aplicações industriais e peças de engenharia de uso final de alto desempenho. Os casos de uso comuns incluem motores a jato, lâminas de turbina, equipamentos médicos e geradores de energia. Este processo é compatível com uma lista crescente de ligas metálicas e até mesmo alguns metais preciosos como ouro e platina. Existem também outros processos de impressão 3D de metal que são mais adequados para aplicações com menos regulamentação e requisitos críticos de desempenho, como jateamento de ligante de metal e extrusão de metal.

Benefícios

Os engenheiros recorrem à impressão 3D de metal quando precisam criar peças especializadas que exigem alta resistência e durabilidade, resistência química e acesso a recursos de design exclusivos. Ao contrário da moldagem por injeção de metal, a impressão 3D de metal oferece aos engenheiros uma grande liberdade de design. A impressão 3D de metal não usa moldes, portanto, os engenheiros não estão sujeitos a certas limitações de forma, e alterar o design de uma peça é tão simples quanto atualizar o design em um computador. Tornar um projeto mais complexo não contribuirá para custos de produção adicionais.

Limitações

Dito isto, a impressão 3D de metal tem seu próprio conjunto de desafios. O tamanho da construção é limitado devido às rigorosas condições de fabricação e controles de processo necessários. Além disso, os custos iniciais de impressão 3D de metal para uma máquina de nível industrial podem subir para milhões – antes de considerar o custo dos materiais. No entanto, o alto preço pode ser um investimento valioso para engenheiros que desejam flexibilidade de projeto incomparável e grande resistência mecânica.

Comece com a impressão 3D em metal

A moldagem por injeção de metal é adequada para criar peças pequenas e complexas que são surpreendentemente fortes para seu tamanho. No entanto, a impressão 3D de metal supera esse processo em muitas áreas-chave. A impressão 3D de metal oferece mais versatilidade de design e peças feitas com esse processo podem ser otimizadas para alta resistência, durabilidade e resistência química.

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