Visão geral da tecnologia:quando você deve realmente optar pela impressão 3D de metal

Desde a sua criação, a manufatura aditiva de metais chamou a atenção de engenheiros e entusiastas da tecnologia por sua abordagem não convencional de baixo para cima e pelo burburinho em torno do que é capaz. É realmente vantajoso usar a manufatura aditiva para uma peça que foi produzida de forma confiável por meio de processos subtrativos há anos? Este artigo discute essa questão e aponta casos em que a impressão 3D em metal pode ser uma boa opção para a produção de peças e quando não.

Impressão 3D em metal (DMLS):visão geral do processo

As tecnologias convencionais de fabricação, como a usinagem CNC, são normalmente processos subtrativos, o que significa que remove o material para moldar um produto, enquanto a tecnologia de impressão 3D de metal é aditiva. Uma das tecnologias de impressão 3D de metal mais comuns e populares é a sinterização direta a laser de metal (DMLS).

O processo DMLS típico começa com o corte dos dados do arquivo CAD de projeto 3D em camadas extremamente finas, gerando efetivamente um modelo 2D para cada camada.

A máquina usa um laser óptico de alta potência. Dentro da área da câmara de construção, há uma plataforma de distribuição de material e uma plataforma de construção junto com um rolo usado para mover o novo pó sobre a plataforma de construção. A tecnologia funde o pó de metal em uma parte sólida, derretendo-o localmente usando o feixe de laser focado. As peças são construídas aditivamente camada por camada.

Casos em que escolher impressão 3D em metal

A impressão 3D de metal vem com seu próprio conjunto de vantagens em relação à usinagem tradicional. Listamos aqui alguns casos em que vale a pena considerar a impressão 3D de metal sobre usinagem CNC.

Seu design é complexo

Quando se trata de complexidade e liberdade de design, a impressão 3D em metal tem uma enorme vantagem sobre o convencional. Muitos projetos complexos não podem ser fabricados com tecnologias convencionais com tanta facilidade quanto com a impressão 3D. Dê uma olhada no exemplo abaixo

Este tipo de projeto complexo pode ser muito difícil de usinar com tecnologias convencionais, mesmo usando máquinas CNC de 5 eixos.

Outra vantagem aqui é o baixo custo de complexidade. A criação de peças mecânicas complexas por meio da fabricação tradicional requer precisão e habilidades, especialmente para a montagem de peças complexas, o que significa que o preço aumenta com a complexidade. Não é o caso da impressão 3D, que cria uma peça inteira em um processo, em vez de criar cada componente antes da montagem. Portanto, não há custo adicional para a complexidade.

Você precisa urgentemente de protótipos de metal

Se o número de peças necessárias for menor, digamos 1 a 5 ou mais ou para prototipagem, o metal AM é muito mais vantajoso. Como o custo é quase o mesmo para cada unidade adicionada, é possível fazer uma quantidade necessária de alterações na peça. Ele pode ser usado para prototipagem:você usaria a impressão 3D para fazer um protótipo e atualizar o protótipo até que os recursos necessários fossem atendidos. Este é um passo crucial antes de levar o produto à produção em massa. Também pode ser usado durante o resto do processo de fabricação, para criar peças únicas que podem responder melhor às suas necessidades.

Além disso, pode ser mais rápido obter impressões 3D de metal em vez de peças usinadas em CNC. Usinagem CNC normalmente requer mais tempo para estocar materiais, configurar a máquina, obter as ferramentas certas. Como resultado, pode levar várias semanas para ter a primeira parte em mãos. Para impressão 3D, mesmo para DMLS, que é mais complexo que os tradicionais, a peça pode ser impressa sob demanda e enviada sem qualquer ramp up ou ferramental, resultando em menor tempo de espera em comparação com as tecnologias convencionais. A combinação do lead time reduzido e o processo de prototipagem mais eficiente reduz o tempo de retorno. Esta é uma das maiores vantagens da impressão 3D em metal.

Você quer componentes leves e duráveis

As indústrias aeroespacial e médica naturalmente exigem peças leves e duráveis. Superligas como Inconel 718, AlSi10Mg, Cobalto-cromo são conhecidas por serem leves em comparação com suas contrapartes usinadas convencionalmente. Fabricar uma peça com essas ligas naturalmente as torna comparativamente leves. Como exemplo, os renomados bicos de combustível impressos em 3D da GE para sua família de motores LEAP costumavam ser feitos de 20 peças discretas provenientes de fornecedores independentes, mas usando sinterização direta a laser de metal (DMLS) resultou em um componente de peça única que é 25% mais leve e cinco vezes mais forte do que as peças originais. Clique aqui para saber mais.

Você gostaria de evitar o desperdício de material

A impressão 3D é incrivelmente eficiente em termos de recursos, pois o único material consumido é o que passa sob o laser (ou através da extrusora, etc.), enquanto a usinagem CNC tradicional deixa cavacos e pequenos pedaços de metal que devem ser reciclados. O fato de os fabricantes não precisarem produzir tanto de um determinado produto para justificar os custos de configuração também reduz o desperdício.

Desvantagens de escolher a impressão 3D em metal

Além das vantagens que a impressão 3D em metal possui sobre as tecnologias convencionais, existem algumas considerações em que é aconselhável preferir a última.

Acabamento de superfície granulado

A impressão 3D é um processo aditivo, o que significa que as superfícies não serão tão lisas como na usinagem CNC e que não será tão fácil produzir as texturas de superfície desejadas. Portanto, se a textura da superfície for importante para você, a usinagem CNC deve ser considerada. No entanto, existem muitas técnicas de pós-processamento disponíveis para remover estruturas de suporte, melhorar o acabamento e melhorar a estética, o custo também aumenta de acordo.

Peças menos fortes

Por causa da própria tecnologia aditiva, as peças metálicas impressas em 3D não podem ser tão fortes quanto as usinadas a partir de um bloco de metal sólido. A resistência final depende do design, tamanho e material, mas em geral a resistência à compressão das impressões 3D de metal é em média 40-50% menor do que as peças usinadas em CNC.

Produção em série cara

Torna-se mais barato produzir em massa por meio de usinagem CNC. A produção em massa ainda é um grande fator decisivo em todas as indústrias e é aí que a impressão 3D fica para trás e a velocidade com que uma impressora 3D pode montar um objeto geralmente é insignificante em comparação com a linha de montagem tradicional.

Volume de compilação limitado

Quando um tamanho de peça grande é necessário, é sempre melhor usar a usinagem CNC. Por exemplo, o tamanho máximo da peça que é alcançado com DMLS é 250 x 250 x 325 mm e para usinagem CNC, é 2000 x 800 x 1000 mm. A comparação de tamanho mostra claramente a incapacidade da impressão 3D na fabricação de peças enormes devido ao tamanho limitado do leito de pó.

Seleção limitada de materiais

As opções convencionais de fabricação, como moldagem por injeção e usinagem CNC, podem oferecer uma alta seleção de materiais. Quando se trata de impressão 3D de metal, a seleção de materiais é menor, o que pode ser um fator limitante quando são necessários materiais específicos para a peça necessária e deve ser levado em consideração ao decidir quais propriedades técnicas você deseja que seu produto tenha. A partir de agora, na Xometry, temos cinco pós de metal/liga que suportam DMLS, enquanto que, se a peça necessária precisar de outro material, não há outra opção além dos processos de usinagem tradicionais.

Resumo

Não se pode dizer que a impressão 3D de metal substitui as tecnologias tradicionais de fabricação em todos os aspectos, pois ambas têm seu próprio conjunto de vantagens onde brilham e desvantagens onde não. Aqui está um breve resumo de quais são os pontos fortes de ambas as tecnologias:

Impressão 3D em metal	Usinagem CNC
Retorno mais rápido	Produção em massa
Prototipagem e produção de baixo volume	Estrutura de superfície sólida
Facilidade de alcançar projetos complexos	Uso de materiais e necessidade de características técnicas indisponíveis com impressão 3D
Redução de resíduos	Peças de grande porte
Personalização e adaptabilidade	Partes fortes

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