Uma introdução à sinterização a laser de metal direto

“Em comparação com uma peça fundida tradicionalmente, uma [peça] impressa tem força, ductilidade e resistência à fratura superiores, com uma menor variabilidade nas propriedades dos materiais.”

Elon Musk



Embora os materiais à base de plástico tenham sido utilizados para a maioria dos projetos de manufatura aditiva desde o início da tecnologia, os desenvolvimentos recentes em materiais de impressão de metal significam que a produção de peças de metal funcionais agora não é apenas viável, mas digna de consideração séria por uma série de indústrias. A possibilidade de utilizar técnicas de manufatura aditiva para entregar peças com as mesmas qualidades mecânicas de suas contrapartes usinadas ajudou a abrir as portas para o uso dessa tecnologia para produção, bem como para prototipagem, algo que as empresas com visão de futuro já começaram a explorar.

Neste tutorial, ofereceremos uma visão geral dos principais itens a serem considerados em qualquer projeto envolvendo o processo de sinterização a laser de metal direto e suas aplicações potenciais na indústria de manufatura de aditivos.



O que é sinterização direta a laser de metal?

A sinterização direta a laser de metal é um método de manufatura aditiva que envolve o jateamento de uma camada de pó de metal com um laser fino, fundindo o pó uma camada de cada vez para criar a peça acabada ou protótipo, que pode então ser usinada e acabada na mesma forma como um produzido por CNC. Desde a sua introdução no início dos anos 90, o processo tem sido usado para produzir uma ampla gama de protótipos e peças funcionais nas indústrias automotiva, aeroespacial e médica / odontológica.



Por que DMLS?

O DMLS oferece uma maneira confiável de fornecer componentes de metal de qualidade em curtas tiragens de produção. O processo é incrivelmente consistente, com encolhimento mínimo durante o resfriamento pós-impressão e valores mecânicos resultantes que podem frequentemente exceder os equivalentes usinados. Comparado aos métodos CNC, o DMLS reduz o desperdício de material típico em até 90%.

O DMLS também oferece muita flexibilidade, pois as peças podem ser ainda mais refinadas após a impressão, usando métodos CNC mais tradicionais, e até mesmo soldadas como metais comuns. Isso inclui detalhes de gravação ou estampagem, o que levou vários designers de joias a explorar as possibilidades oferecidas pela DMLS.

No entanto, o processo de impressão 3D de metal desta forma ainda é relativamente jovem em comparação com outros métodos e, como tal, tem suas desvantagens. O processo ainda está atualmente limitado a aplicações industriais devido à sua relativa complexidade, com a escolha de materiais ainda relativamente limitada no momento da redação. Além disso, o processo ainda é inadequado para projetos especialmente grandes, devido ao espaço de construção limitado das impressoras disponíveis.



Que materiais podem ser impressos desta forma?

A variedade de metais disponíveis na forma de impressão está crescendo continuamente. No momento em que este artigo foi escrito, os seguintes itens estão disponíveis na forma de pó para projetos DMLS:

• Aço inoxidável
• Aço níquel
• Prata de lei
• Ouro
• Titânio
• Bronze
• Cobre
• Latão
• Alumínio
• Cobalto cromado
• Inconel

Existem também vários materiais plásticos disponíveis que têm elementos metálicos adicionados, conferindo-lhes algumas das qualidades das peças metálicas. Eles podem ser impressos em temperaturas mais baixas, mantendo uma sensação metálica. Ao considerar o material mais adequado para um projeto, certifique-se de olhar em detalhes a folha de especificações de cada opção, que deve estar prontamente disponível online. Em particular, considere o seguinte:

• Resistência à tração (MPa)
• Módulo flexural (GPa)
• Alongamento na ruptura (%)
• Dureza (normalmente expressa na escala Rockwell B, embora haja uma série de escalas alternativas em uso)
• Espessura mínima da parede
• Precisão alcançável (µm)

Qual pós-processamento será necessário?

Em primeiro lugar, qualquer impressão DMLS precisará ter todos os elementos de suporte removidos, o que geralmente é um processo bastante demorado, portanto, inclua isso nos cronogramas do projeto. Técnicas de usinagem típicas podem ser usadas para esse propósito.

Os acabamentos produzidos pela sinterização direta de metal a laser são inerentemente ásperos e granulados, o que significa que o polimento será necessário para fornecer um acabamento liso e atraente, especialmente se a peça for usada para fundição posterior. O eletropolimento é uma opção eficaz a esse respeito, melhorando significativamente a qualidade geral do acabamento de uma peça, minimizando a aspereza, de forma que menos sujeira adira a ela. Como não envolve usinagem, esta é uma opção especialmente atraente para peças com elementos frágeis que podem ser danificados por técnicas de usinagem.

Certos pós metálicos usados ​​para manufatura aditiva podem ter suas propriedades mecânicas consideravelmente melhoradas por tratamento térmico após a impressão. As folhas de especificações para esses materiais devem listar suas propriedades pré e pós-tratamento.



Embalagem de volume eficaz e orientação da peça

Como em qualquer projeto de manufatura aditiva, considere seus requisitos de embalagem por volume na primeira oportunidade. Para a maioria dos projetos DMLS, imprimir várias unidades de uma vez reduzirá os custos, embora ao determinar quantas unidades podem ser impressas simultaneamente com as máquinas disponíveis, certifique-se de considerar a orientação da peça, pois este é normalmente o maior desafio ao imprimir peças de metal. As peças de metal requerem uma orientação muito mais específica do que as de plástico devido às estruturas de suporte que serão necessárias durante a impressão, portanto, a embalagem de volume deve ser planejada em torno dessa consideração. Isso ajudará a alcançar um equilíbrio razoável entre custos de material, qualidade e tempo de construção geral.