Fabricação por impressão 3D de peças metálicas em cera perdida vs DMLS

O mundo da fabricação de protótipos em ligas metálicas e a fabricação de pequenas séries avançou muito graças à tecnologia de impressão 3D . No entanto, existem algumas técnicas tradicionais que não desapareceram, mas evoluíram.

É o caso da fabricação de cera perdida , uma técnica milenar que evoluiu de ter que fazer uma cera original de forma mais ou menos artesanal, para fazer moldes de cera leve e poder fabricar pequenas séries, até finalmente poder fabricar peças em impressoras 3D de resina, como Form 2 e a resina calcinável, ou impressoras 3D FDM impressoras com materiais especializados para cera perdida (MoldLay) que revolucionaram o mercado como PolyCast, graças à sua alta precisão e excelente acabamento superficial .

Vídeo 1:Fabricação de peças por cera perdida utilizando PolyCast. Fonte: Polymaker

Voltando aos primórdios da impressão 3D, encontramos o PLA, um material barato utilizado por quase todas as impressoras 3D, inclusive as domésticas, capaz de fabricar a peça original que é então inserida em uma massa de areia e aglutinante para formar um molde quando aquecida no forno.

Há alguns anos (2015), quando esta técnica ainda não era de uso comum, a ennomotive, uma plataforma de inovação com uma comunidade global de engenheiros, solicitou, a pedido de um cliente, que propusesse uma solução inovadora, mais rápida e mais barata, para fazer seus protótipos em titânio ligas para o mundo da aviação, e se fosse possível, fabricar também séries curtas, totalmente funcionais, sem o custo econômico e tempo envolvido no processo tradicional de fabricação de moldes metálicos para injeção ou fundição de peças.

Nessa altura, um dos engenheiros da comunidade, da Faixa de Gaza, que tinha desenvolvido os seus estudos de engenharia nos EUA e cujo projeto final tinha sido sobre esta técnica de impressão 3D em PLA e fabrico com o método do cera perdida propôs como solução. Ele conhecia muito bem suas virtudes.

O cliente, incrédulo perante uma solução que lhe poupou meses e muitos milhares de euros , e que não foi utilizado ou proposto por nenhum dos milhares de engenheiros que a empresa tinha, comentou:"A peça assim fabricada atende aos rígidos padrões dos regulamentos aéreos?" A resposta foi devastadora:"Sim, e também há aqueles que estão começando a usar, e podemos colocar vocês em contato com quem pode fazer, vai demorar mais 3 dias para o transporte".

Naquela época, impressoras 3D que podiam fazer peças de metal , ainda faziam com poucas ligas, não obtinham os acabamentos necessários, nem as mesmas especificações técnicas de uma peça feita por moldagem (e centrifugação, ou vácuo se necessário), além de ser lento e caro .

Mas a tecnologia continua a sua evolução e as propriedades técnicas das peças fabricadas melhoraram, assim como o seu custo e o número de ligas disponíveis. No entanto, a tecnologia da cera perdida ainda está em pleno vigor e evoluindo com base na impressão 3D FDM, embora a tecnologia DMLS tenha avançado muito , qual seria agora a recomendação dos engenheiros da comunidade se eles perguntassem novamente em ennomotive.com?

Bom a resposta é que varia, e muito, de acordo com a peça, requisitos técnicos, dimensionais, materiais etc.., e pode muito bem acontecer que com a evolução dos métodos de fabrico, alguns dos engenheiros recomendem:"Modificar o desenho" o " Trocar materiais", como fizeram da primeira vez, perguntando por que essa peça foi feita em uma liga de titânio e não em algum tipo de resina que pudesse atender às especificações técnicas exigidas.

É por isso que existem várias recomendações ao escolher a tecnologia de fabricação , mas é o olhar de especialista do engenheiro projetista, que conhece bem essas técnicas (e de olho porque melhoram a cada dia) o que se consegue com a melhor combinação qualidade/custo.

• Neste momento, as duas técnicas obtêm acabamentos de superfície muito semelhantes , destacando um ou outro dependendo da qualidade do processo e do material. Por exemplo, existem impressoras DMLS que oferecem grande qualidade de superfície, mas também existem filamentos para impressão 3D FDM (PolyCast) que obtêm um acabamento totalmente liso.
• Assim como no acabamento da superfície, com a precisão geométrica o debate é bastante equilibrado, sendo verdade que com a tecnologia DMLS , peças finais com maior precisão de 0,1mm±0,3% são alcançados.
• Quanto aos tamanhos, peças grandes pode ser impresso na cera perdida , de 2 m por exemplo, enquanto com DMLS costumam ser menores , embora possam ser unidos posteriormente, atingindo o tamanho necessário.
• Onde a cera perdida aproveita, é possível escolher o material que se deseja , sem limites, enquanto o catálogo de materiais para DMLS, embora crescente, é limitado.
• Em contraste, a tecnologia DMLS permite formas geométricas mais complexas (por exemplo, estruturas internas) e paredes mais finas, o que não é permitido pela tecnologia de cera perdida, que permite geometrias complexas, mas com um limite.
• O DMLS permite imprimir diferentes componentes ao mesmo tempo, integrados na mesma peça (embora não fosse o caso).
• Mas se tem a toda velocidade e custo, que é fundamental para a indústria, no momento é favorável a cera perdida, por isso ainda é muito utilizada na indústria aeronáutica; Embora o rápido progresso da tecnologia DMLS a torne cada vez mais próxima e cada vez mais utilizada na indústria.

Portanto, na peça mencionada acima , já que sua geometria não era muito complicada , e o material era uma liga especial , para a produção de séries curtas, provavelmente optaria novamente pela cera perdida , principalmente agora que existem materiais para impressão 3D FDM como o PolyCast, um filamento desenvolvido exclusivamente para a fabricação por cera perdida. Embora, quando você ler este artigo, as tabelas possam ter mudado. Perguntaremos novamente à comunidade de engenharia? Ou estaremos cientes do que há de mais recente em impressão 3D?

O desenvolvimento de materiais e tecnologias é tão rápido que fazem com que uma solução aceita como válida hoje fique desatualizada em menos de 5 anos. O ritmo frenético dos avanços na manufatura aditiva é imparável.

Artigo em colaboração com ennomotive.

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