Tornando peças de metal mais leves com impressão 3D de metal

A criação de peças de metal leves é o santo graal para as indústrias de alto desempenho, como automotiva e aeroespacial - é por isso que os fabricantes estão continuamente se esforçando para encontrar novas maneiras de projetar e fabricar peças de metal mais leves com desempenho aprimorado. impressão 3D , com sua capacidade de criar projetos complexos, pode ser a solução para a necessidade crescente de componentes de metal leve.

Por que os fabricantes se esforçam para obter peças de metal leves?

Indústrias como a aeroespacial e automotiva enfrentam o desafio de otimizar a eficiência do consumo de combustível, reduzindo os custos de produção e atendendo a rígidos padrões regulatórios sobre emissões prejudiciais. O peso leve, a prática de fabricar peças mais leves, é uma solução para lidar com esses desafios.

Peças mais leves significam veículos e aeronaves mais leves, resultando em menor consumo de combustível e redução nas emissões. A redução do peso do metal é difícil de alcançar com os métodos de fabricação tradicionais devido aos prazos de entrega mais longos e à falta de uma forma economicamente viável de produzir geometrias complexas. O alto desperdício de material e os custos com ferramentas (no caso da moldagem por injeção) também são fatores proibitivos.

Impressão 3D:a solução leve de metal

Enviando um 22 - tonelada de carga útil da aeronave em órbita terrestre baixa custa $ 62 milhões - quase US $ 3.000 por quilo - de acordo com pesquisa realizada pela 3D Systems. Uma vez que cada quilograma removido do peso total de uma aeronave se traduz em economia de custos, a produção de peso, portanto, torna-se uma prioridade chave. Da mesma forma, quanto mais leve a peça, menos material foi usado para produzi-la, o que, novamente, reduz os custos de fabricação. A impressão 3D é uma tecnologia de manufatura que cria peças camada por camada, usando o material apenas quando necessário. Ao contrário das técnicas de produção tradicionais, a impressão 3D transforma a complexidade em um ativo, criando uma oportunidade para fabricar peças de metal complexas e de baixo custo. Além de ser a opção mais econômica para a produção de peças de metal mais leves, o processo de impressão 3D é normalmente mais rápido do que os processos de fabricação tradicionais. Como uma tecnologia sem ferramentas, a manufatura aditiva cria peças diretamente de arquivos digitais, acelerando significativamente o processo de manufatura. Normalmente, os processos de fusão em leito de pó são escolhidos para produzir componentes de metal mais leves. Com a ajuda de um laser, camadas de pós de metal são fundidas, permitindo que estruturas leves geometricamente complexas sejam produzidas.

Como a impressão 3D pode tornar as peças de metal mais leves?

Usando software de design avançado
Usar com sucesso a impressão 3D para criar peças leves sempre começa com o design. Graças à liberdade de design oferecida pela impressão 3D, a tecnologia pode ser perfeitamente acoplada com software de design avançado, incluindo design generativo, otimização de topologia e software de construção de treliça, para citar alguns.

Usando algoritmos sofisticados, a otimização da topologia e ferramentas de projeto generativas ajudam a otimizar a geometria e distribuição do material de uma peça. Ao adicionar ou remover o material em locais, definidos por um conjunto de parâmetros, essas ferramentas permitem que os engenheiros explorem infinitas opções de design e encontrem a melhor estrutura leve possível para uma determinada peça.

A General Motors, por exemplo, já está usando essas tecnologias avançadas para fazer modelos de veículos com uma redução média de peso de mais de 150 kg por veículo.


Em outro exemplo, uma redução de peso impressionante de 70% foi alcançada com um suporte de titânio impresso em 3D topologicamente otimizado para GE Aircraft. Usando o software de otimização de topologia Gerar da Frustum, os engenheiros foram capazes de determinar a distribuição de material mais eficiente dentro do suporte para atender aos requisitos de desempenho.

A otimização do design também significa que a contagem de peças também pode ser reduzida. Combinando vários componentes estruturais em um, uma peça mais leve e mais eficiente pode ser produzida. A Airbus já equipou a aeronave A380 com um bloco de válvulas atuador de titânio impresso em 3D, que pesa 35% menos do que suas contrapartes tradicionalmente fabricadas e é feito de menos peças.

A aplicação de estruturas reticuladas internas é outra abordagem de projeto para reduzir o peso de uma peça de metal. As peças de metal sólido não estruturais são o caso de uso ideal para reprojetá-las com treliça, tornando-as mais leves, preservando toda a funcionalidade.

Usando materiais para propriedades aprimoradas
Novos materiais para impressão 3D estão em constante evolução, avançando ainda mais no que pode ser alcançado com a redução de peso do metal. Scalmalloy é um ótimo exemplo:desenvolvido pela APWorks, Scalmalloy é uma liga de metal em pó que combina a leveza do alumínio com quase a mesma resistência específica e ductilidade do titânio. A alta relação resistência / peso de Scalmalloy torna este material particularmente procurado nas indústrias aeroespacial e automotiva, onde pode ser usado para produzir componentes funcionais leves, mas altamente fortes.

Compostos de matriz de metal (MMC) também mostram grande promessa para peso leve de metal. MMCs são materiais compostos que consistem em metal e outro metal ou cerâmica e compostos orgânicos. Embora os MMCs sejam novos materiais na manufatura aditiva, a tecnologia pode fornecer novas oportunidades para a produção de peças com esses materiais leves de alto desempenho, apresentando alta resistência e rigidez. A Elementum3D, por exemplo, está desenvolvendo um composto de metal e cerâmica especificamente para impressão 3D de metal. Este material será capaz de produzir peças metálicas fortes, leves e resistentes ao calor, como componentes aeroespaciais ou de motores de automóveis.

O valor crescente da redução de peso do metal

A impressão 3D de peças de metal com sucesso requer conhecimento sobre o possibilidades e limitações das tecnologias e materiais de metal AM. O principal desafio é, portanto, repensar as abordagens tradicionais de design e, em vez disso, projetar especificamente com as necessidades da manufatura aditiva em mente.

À medida que a busca pela redução do peso do metal ganha força, os fabricantes de setores de alto desempenho têm a tarefa de equilibrar os objetivos concorrentes de maximizar a força e o desempenho, ao mesmo tempo que minimiza o peso das peças. A impressão 3D oferece a solução ideal para equilibrar esses objetivos, especialmente quando combinada com software e materiais de design avançados. É certo que apenas começamos a arranhar a superfície do que é possível com a impressão 3D de metal. No entanto, a possibilidade de criar peças leves com prazos de entrega mais rápidos e, ao mesmo tempo, reduzir os custos de produção permitirá que os fabricantes colham os benefícios de trazer produtos melhores, mais leves e mais eficientes para o mercado.

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