Impressão 3D de metais preciosos - uma nova abordagem?

Um estudo recente da SmarTech avaliou o mercado de materiais de metais preciosos na fabricação de aditivos em US $ 250 milhões até 2028. Isso mostra que, embora a impressão 3D ainda permaneça relativamente em seus estágios iniciais de desenvolvimento, é uma área em constante crescimento. A impressão 3D de metais preciosos, como ouro, prata ou platina, é ideal para aplicações sofisticadas e de baixo lote, com altos níveis de personalização e liberdade de design. Com isso em mente, setores como joalheria, relojoaria, odontologia e eletrônica podem se beneficiar imensamente com a impressão 3D com esses materiais.

Veremos como funciona a impressão 3D com metais preciosos, as limitações da tecnologia e como as aplicações podem evoluir no futuro.

Fabricação direta e indireta

Existem duas abordagens principais para a impressão 3D de metais preciosos: fabricação direta e indireta . Com a manufatura indireta, a impressão 3D é usada para produzir ferramentas como matrizes e moldes para processos tradicionais. A impressão 3D direta, por outro lado, refere-se à criação de peças direto do design.

Fabricação indireta com metais preciosos envolve a impressão 3D de um padrão de cera para ser usado em fundição de investimento. A estereolitografia (SLA) é normalmente usada para criar tais padrões a partir de resinas moldáveis ​​semelhantes à cera. Durante esse processo, um laser de luz ultravioleta percorre uma camada de fotopolímero líquido (resina), solidificando seletivamente o material. Quando o padrão de cera está completo, ele é então coberto com um material resistente ao calor, como o gesso, e colocado em um forno onde a cera é derretida, deixando apenas o molde de gesso endurecido. Este processo também é denominado “cera perdida”. O metal precioso derretido é então despejado no molde, preenchendo o espaço deixado pela cera.

Este processo é particularmente benéfico para a indústria joalheira, uma vez que ajuda a poupar tempo e esforço associados aos modelos de entalhe à mão, ao mesmo tempo que permite aos fabricantes de joalharia criar peças de joalharia altamente complexas e personalizadas. Atualmente, o mercado de impressoras 3D oferece uma ampla gama de máquinas SLA adequadas para a produção de padrões de cera.

Em contraste, com impressão 3D direta , os fabricantes podem criar peças de metal precioso diretamente de arquivos CAD. As duas tecnologias de impressão 3D mais comumente usadas para impressão 3D direta com metais preciosos são Direct Metal Laser Sintering (DMLS) e Material Jetting.

Uma análise mais detalhada da fabricação direta

A fabricação direta ainda está em sua infância em comparação com a impressão 3D indireta. Embora a sinterização direta a laser de metal (DMLS) seja um dos métodos de manufatura aditiva mais comum para a produção de peças de metal, a sinterização a laser de pós de metais preciosos tornou-se possível apenas recentemente, em parte devido às dificuldades intrínsecas de trabalhar com esses materiais. Pós de metais preciosos também são caros para pesquisar e desenvolver. Além disso, muitos metais preciosos, como ouro e prata, são altamente refletivos e termicamente condutores. Isso significa que os lasers AM típicos são incapazes de derreter completamente o material e criar uma peça homogênea. No entanto, apesar dos desafios, alguns fabricantes de AM desenvolveram máquinas capazes de processar materiais de metais preciosos usando DMLS.

Máquinas no mercado

Por exemplo, o fabricante alemão EOS, em parceria com a empresa britânica de metais preciosos Cooksongold, lançou a impressora 3D EOS PRECIOUS M 080 em 2014. Com este sistema, uma ampla gama de ligas de pó de metal precioso pode ser usada, de ouro e prata a platina e ligas de paládio.


Da mesma forma, a joalheria Boltenstern usou o PRECIOUS M 080 para criar sua coleção de joias “Embrace”, impressa em 3D em ouro e platina. A tecnologia permitiu níveis inatingíveis de personalização antes de criar peças com designs complexos. A coleção incluía peças de joalheria como pulseiras, brincos, anéis, colares e abotoaduras.

A fabricante italiana de máquinas Sisma introduziu o sistema mysint100 para impressão 3D com peças preciosas (bronze, ouro e várias ligas de metais preciosos) e pós de metais não preciosos em 2014. E em 2016 a empresa ampliou seu portfólio de impressoras 3D com a máquina mysint300 maior, adequada para a produção de pequenas séries e peças de tamanho médio.

Platina para impressão 3D

A impressão 3D de platina é um caso de uso particularmente interessante. O material é notoriamente difícil de fundir por causa de sua alta temperatura de fusão e alta reatividade com o cadinho e os materiais do molde de revestimento. Isso resulta em altos custos de produção, necessidade de equipamentos específicos e frequentes defeitos nos produtos finais, tornando a sinterização a laser uma alternativa melhor à fundição. A empresa de metais preciosos Cooksongold estimou que a densidade da platina impressa em 3D pode chegar a mais de 99,9%, enquanto a platina fundida é 99,2% densa.

Odontologia

Na indústria odontológica, a impressão 3D de metais preciosos pode ser usada para restaurações dentárias, criando pequenos lotes de coroas, inlays e onlays. Por exemplo, a Argen, que se especializou em tecnologia digital odontológica, usa máquinas Concept Laser para impressão 3D de metal com ligas nobres (ouro e paládio), ligas nobres (paládio) e não preciosas, produzindo dentaduras personalizadas totalmente densas sob demanda.

Eletrônicos

Material Jetting é um processo de manufatura aditiva completamente diferente do DMLS, envolvendo o uso de cabeçotes de impressão que depositam gotículas de material camada por camada. Essas gotículas são então solidificadas com uma luz ultravioleta.

No que diz respeito a metais preciosos, o Material Jetting é normalmente usado com tintas de prata ou ouro altamente condutoras para imprimir dispositivos eletrônicos em 3D como antenas, protótipos de PCB, circuitos e sensores. A empresa israelense Nano Dimensions é pioneira neste campo com sua impressora 3D DragonFly 2020 Pro. Com o sistema de deposição a jato de tinta proprietário, o DragonFly 2020 Pro é capaz de imprimir com tintas condutoras (prata) e dielétricas simultaneamente, criando peças eletricamente funcionais.

Outro jogador importante no campo da eletrônica impressa em 3D usando metais preciosos é a Optomec. A empresa norte-americana desenvolveu uma ampla gama de tintas de metais preciosos (ouro, platina, prata, cobre) e não preciosos especificamente para a linha de impressoras a jato de aerossol. A mais nova impressora 3D da linha - a Aerosol Jet HD - entrou no mercado no início deste ano. A tecnologia subjacente envolve o atomizador de tintas, que cria a névoa de aerossol, posteriormente depositada no substrato com a ajuda de focagem aerodinâmica.

Componentes eletrônicos, de resistores a antenas e sensores, podem ser fabricados com a tecnologia Aerosol Jet. Por exemplo, pesquisadores da Carnegie Mellon University conseguiram imprimir em 3D extensômetros de alta temperatura usando a tecnologia. Medidores de deformação são sensores usados ​​para medir a deformação de um material ou estrutura, ajudando a detectar quaisquer problemas estruturais em um componente. Os extensômetros foram feitos de nanopartículas de prata e demonstraram um desempenho superior do que os equivalentes comercialmente disponíveis e podem ser particularmente benéficos para a indústria aeroespacial e outras indústrias de alto desempenho, como sistemas nucleares e de geração de energia.

Olhando para o futuro

Embora a impressão 3D indireta continue a ser a opção mais popular ao trabalhar com metais preciosos, as indústrias de joalheria a eletrônicos estão reconhecendo os benefícios dos metais preciosos impressos diretamente em 3D. No entanto, existem barreiras para uma adoção mais ampla - desde equipamentos caros até as dificuldades de desenvolver tintas e pós de metais preciosos adequados.

No entanto, olhando mais à frente, veremos joias e produtos odontológicos impressos em 3D de forma mais direta, à medida que a tendência para mais personalização e lançamento mais rápido no mercado continua. Além disso, mais pesquisas estão sendo conduzidas no campo de tintas de metais preciosos. Imaginamos que a eletrônica impressa em 3D poderia revolucionar muitas indústrias de alto desempenho com sensores e antenas impressos em 3D, a próxima etapa na evolução da Internet das Coisas.