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O que é manufatura aditiva? - Tipos e funcionamento

O que é manufatura aditiva?


A manufatura aditiva (MA), também conhecida como impressão 3D, é uma abordagem transformadora da produção industrial que permite a criação de peças e sistemas mais leves e resistentes. Como o próprio nome indica, a manufatura aditiva adiciona material para criar um objeto.

Manufatura aditiva (AM) ou manufatura aditiva de camada (ALM) é o nome de produção industrial para impressão 3D, um processo controlado por computador que cria objetos tridimensionais depositando materiais, geralmente em camadas.

Segundo a GE Additive, esse é mais um avanço tecnológico possibilitado pela transição dos processos analógicos para os digitais. Nas últimas poucas comunicações, imagens, décadas, arquitetura e engenharia passaram por suas próprias revoluções digitais. Agora o AM pode trazer flexibilidade e eficiência digital para a fabricação.

A manufatura aditiva usa software CAD (Computer-Aided Design) ou scanners de objetos 3D para controlar o hardware para que o material seja depositado camada por camada em formas geométricas precisas. Como o nome sugere, a manufatura aditiva adiciona material para criar um objeto. Em contraste, ao criar um objeto por meios convencionais, muitas vezes é necessário remover o material por usinagem, escultura, fresagem, moldagem ou de outra forma.

Embora os termos “impressão 3D” e “prototipagem rápida” sejam usados ​​casualmente para discutir a manufatura aditiva, cada processo é na verdade um subconjunto da manufatura aditiva.

Embora a manufatura aditiva possa parecer nova para muitos, ela existe há várias décadas. Nas aplicações certas, a manufatura aditiva oferece uma combinação perfeita de desempenho aprimorado, geometrias complexas e fabricação simplificada. Como resultado, há muitas oportunidades para aqueles que estão ativamente comprometidos com a manufatura aditiva.

Quem inventou o AM?


O primeiro equipamento de produção para impressão 3D foi desenvolvido por Hideo Kodama, do Instituto Municipal de Pesquisa Industrial de Nagoya, quando ele inventou dois métodos aditivos de fazer modelos 3D.

Como funciona a manufatura aditiva?


Com a ajuda de CAD (Computer-Aided Design) ou scanners de objetos 3D, a manufatura aditiva permite a criação de objetos com formas geométricas precisas. Estes são construídos camada por camada, em contraste com a fabricação tradicional, que geralmente requer usinagem ou outras técnicas para remover o excesso de material.

Impressão 3D, prototipagem rápida e manufatura aditiva são termos usados ​​para descrever os mesmos processos em geral. Estruturas e componentes complexos são criados por camadas de materiais que são construídos passo a passo.

Esta tecnologia, que existe há mais de três décadas, só recentemente cresceu em popularidade e não é mais apenas um meio de fazer um protótipo impresso em 3D, mas oferece componentes totalmente funcionais. As possibilidades são quase ilimitadas, pois a indústria de impressão 3D atende setores da indústria pesada à medicina que desejam aproveitar as tecnologias de precisão oferecidas.

Embora a manufatura aditiva ofereça potencial para novas oportunidades na ciência, o conceito e como funciona é surpreendentemente simples.

Tecnologias de manufatura aditiva

1. Sinterização


Durante a sinterização, o calor é usado para criar uma massa sólida sem liquefazê-la. A sinterização é semelhante à fotocópia 2D tradicional, na qual o toner é derretido seletivamente para criar uma imagem no papel.

2. Sinterização direta a laser de metal (DMLS)


Dentro do DMLS, um laser sinteriza cada camada de pó de metal para que as partículas de metal adiram umas às outras. As máquinas DMLS produzem objetos de alta resolução com características de superfície desejáveis ​​e propriedades mecânicas necessárias. Com o SLS, um laser sinteriza pós termoplásticos para fazer as partículas aderirem umas às outras.

3. Fusão direta a laser de metal (DMLM) e fusão por feixe de elétrons (EBM)


Em contraste, os materiais nos processos DMLM e EBM são completamente fundidos. Com o DMLM, um laser derrete completamente cada camada de pó metálico, enquanto o EBM usa feixes de elétrons de alta potência para derreter o pó metálico. Ambas as tecnologias são ideais para criar objetos densos e não porosos.

4. Estereolitografia (SLA)


A estereolitografia (SLA) usa a fotopolimerização para imprimir objetos cerâmicos. O processo utiliza um laser UV que é queimado seletivamente em um recipiente feito de resina fotopolimérica. As resinas de cura UV produzem peças resistentes ao torque que podem suportar temperaturas extremas.

Quanto tempo leva o processo?


O tempo de impressão inclui alguns fatores, incluindo o tamanho da peça e as configurações usadas para impressão. A qualidade da peça acabada também é importante ao determinar o tempo de impressão, pois itens de maior qualidade levam mais tempo para serem produzidos.

A AM pode durar de alguns minutos a várias horas ou dias – velocidade, resolução e volume do material são fatores importantes aqui.

Materiais de manufatura aditiva


É possível usar muitos materiais diferentes para criar objetos impressos em 3D. A tecnologia AM fabrica peças de motores a jato a partir de ligas metálicas avançadas e também fabrica guloseimas de chocolate e outros alimentos.

Tipos de processos de manufatura aditiva


Há uma série de processos de AM distintos com seus próprios padrões, que incluem:

1. Jateamento de ligante


O processo de jato de ligante usa dois materiais; um material à base de pó e um aglutinante. O aglutinante atua como um adesivo entre as camadas de pó. O aglutinante geralmente está na forma líquida e o material de construção está na forma de pó.

Uma cabeça de impressão se move horizontalmente ao longo dos eixos x e y da máquina e deposita alternadamente camadas do material de construção e do material de encadernação. Após cada nível, o objeto a ser impresso é baixado em sua plataforma de construção.

Devido ao método de encadernação, as propriedades do material nem sempre são adequadas para os componentes e, apesar da velocidade de impressão relativa, o pós-processamento adicional pode estender significativamente o processo geral.

Tal como acontece com outros processos de fabricação à base de pó, o objeto a ser impresso é autossustentável no leito de pó e é removido do pó não ligado após a conclusão.

Fonte da imagem:https://www.additively.com/en/learn-about/binder-jetting

Jateamento de ligantes  – passo a passo

2. Deposição de energia direcionada / Fusão por feixe de elétrons (EBM)


A Deposição de Energia Direcionada (DED) abrange vários termos:” Modelagem de rede projetada a laser, fabricação de luz direcionada, deposição direta de metal, revestimento a laser 3D”. É um processo de impressão mais complexo, comumente usado para reparar ou adicionar material extra aos componentes existentes.

Uma máquina DED típica consiste em um bico montado em um braço multieixo que deposita o material fundido na superfície especificada onde se solidifica. O processo é semelhante em princípio à extrusão de material, mas o bico pode se mover em várias direções e não está preso a um eixo específico.

O material, que pode ser depositado de qualquer ângulo graças às máquinas de 4 e 5 eixos, é fundido durante a deposição com um laser ou feixe de elétrons. O método pode ser usado com polímeros e cerâmicas, mas normalmente é usado com metais na forma de pó ou arame. As aplicações típicas incluem a reparação e manutenção de peças estruturais.

Deposição de energia direta  - passo a passo

3. Extrusão de materiais


Fuse Deposition Modeling (FDM) é um processo de extrusão de material comum e é marca registrada da Stratasys. O material é puxado através de um bocal onde é aquecido e então depositado camada por camada. O bocal pode se mover horizontalmente e uma plataforma se move verticalmente para cima e para baixo após cada nova camada ser depositada. É uma técnica comumente usada encontrada em muitas impressoras 3D domésticas e de hobby de baixo custo.

O processo possui muitos fatores que afetam a qualidade final do modelo, mas tem grande potencial e viabilidade quando esses fatores são controlados com sucesso. Embora o FDM seja semelhante a todos os outros processos de impressão 3D, pois é construído camada por camada, varia em que o material é adicionado através de um bico sob pressão constante e em um fluxo contínuo.

Esta pressão deve ser mantida constante e a uma velocidade constante para permitir resultados precisos. Camadas de material podem ser coladas por controle de temperatura ou usando meios químicos. O material é frequentemente adicionado à máquina em forma de bobina, conforme mostrado no diagrama.

Fonte da imagem:https://www.additively.com/en/learn-about/fused-deposition-modeling

Extrusão de material  – passo a passo

4. Fusão em pó


O processo de fusão em leito de pó inclui as seguintes técnicas de impressão comumente usadas:Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS), Fusão por Feixe de Elétron (EBM), Sinterização Seletiva por Calor (SHS), Fusão Seletiva a Laser (SLM) e Sinterização Seletiva a Laser (SLS).

Os processos Powder Bed Fusion (PBF) usam um laser ou um feixe de elétrons para derreter materiais em pó e fundi-los. Os processos de fusão por feixe de elétrons (EBM) requerem vácuo, mas podem ser usados ​​com metais e ligas para fazer peças funcionais. Em todos os processos de PBF, o material em pó é distribuído sobre as camadas anteriores.

Existem vários mecanismos para que isso aconteça, incluindo um rolo ou uma lâmina. Um funil ou reservatório sob o leito garante o fornecimento de material fresco. A sinterização direta a laser de metal (DMLS) é a mesma que a SLS, mas usa metais, não plásticos.

O processo sinteriza o pó camada por camada. A sinterização seletiva por calor difere de outros métodos, pois usa um cabeçote de impressão térmico aquecido para derreter o material em pó. Como antes, as camadas são adicionadas com um rolo entre as camadas de fusão. Uma plataforma abaixa o modelo de acordo.

Powder Bed Fusion  – passo a passo

5. Laminação de folha


Os processos de laminação de chapas incluem a fabricação de Aditivos Ultrassônicos (UAM) e a fabricação de Objetos Laminados (LOM). Na fabricação de aditivos ultrassônicos, são utilizadas chapas ou tiras de metal, que são conectadas umas às outras por soldagem ultrassônica.

O processo requer usinagem CNC adicional e remoção do metal não ligado, muitas vezes durante o processo de soldagem. A fabricação de objetos laminados (LOM) usa uma abordagem camada por camada semelhante, mas usa papel como material e adesivo em vez de soldagem. O processo LOM usa um método de hachura durante a impressão para facilitar a remoção após a criação.

Objetos laminados são frequentemente usados ​​para modelos estéticos e visuais e não são adequados para fins estruturais. UAM usa metais e inclui alumínio, cobre, aço inoxidável e titânio. O processo tem baixa temperatura e permite a criação de geometrias internas. O processo pode combinar diferentes materiais e requer relativamente pouca energia, pois o metal não é fundido.

Laminação de chapas  – passo a passo

6. Polimerização em cuba


Na polimerização em cuba, é utilizada uma cuba de resina fotopolimérica líquida, a partir da qual o modelo é construído camada por camada. A luz ultravioleta (UV) é usada para curar ou endurecer a resina conforme necessário, enquanto uma plataforma move o objeto fabricado para baixo à medida que cada nova camada cura.

Como o processo utiliza líquido para formar objetos, não há suporte estrutural do material durante a fase de construção. Ao contrário dos processos à base de pó, nos quais o suporte é fornecido pelo material não ligado. Neste caso, muitas vezes é necessário adicionar estruturas de suporte.

As resinas são curadas por um processo de fotopolimerização ou luz UV, em que a luz é direcionada através da superfície da resina por meio de espelhos motorizados. Quando a resina entra em contato com a luz, ela endurece ou endurece.

Fotopolimerização – passo a passo

7. Jateamento de material


O jato de material cria objetos de maneira semelhante a uma impressora a jato de tinta bidimensional. O material é injetado em uma plataforma de construção usando uma abordagem contínua ou drop-on-demand (DOD).

O material é pulverizado sobre a superfície ou plataforma, onde se solidifica e o modelo é construído camada por camada. O material é depositado a partir de um bico que se move horizontalmente pela plataforma de construção. As máquinas diferem em sua complexidade e em seus métodos de controle de deposição de material. As camadas de material são então curadas ou endurecidas usando luz ultravioleta (UV).

Como o material deve ser depositado em gotas, o número de materiais disponíveis para uso é limitado. Polímeros e ceras são materiais adequados e amplamente utilizados devido à sua natureza viscosa e capacidade de formar gotículas.

Jato de materiais  – passo a passo

Vantagens da Manufatura Aditiva

Aplicação da Manufatura Aditiva

Aeroespacial


A AM se destaca na fabricação de peças com designs geométricos complexos e que economizam peso. Por isso, muitas vezes é a solução perfeita para fabricar peças aeroespaciais leves e fortes.

Em agosto de 2013, a NASA testou com sucesso um injetor de foguete impresso SLM durante um teste de fogo quente que gerou 20.000 libras de empuxo. Em 2015, a FAA aprovou a primeira peça impressa em 3D para uso em um motor comercial. O motor LEAP do CFM possui 19 bicos de combustível impressos em 3D. De acordo com a Aviation Week, as peças estruturais do Boeing 787 certificadas pela FAA feitas de fio de titânio foram exibidas no Paris Air Show 2017.

Automotivo


A CNN informou que a equipe de corrida da McLaren está usando peças impressas em 3D em seus carros de corrida de Fórmula 1. A substituição da asa traseira levou cerca de 10 dias para ser produzida em vez de cinco semanas. A equipe já produziu mais de 50 peças diferentes usando manufatura aditiva.

Na indústria automobilística, o potencial de prototipagem rápida da AM atrai sério interesse à medida que as peças de produção estão aparecendo. Por exemplo, ligas de alumínio são usadas para produzir tubos de escape e peças de bombas, e polímeros são usados ​​para produzir pára-choques.

Saúde


Na Escola de Medicina da Universidade de Nova York, um estudo clínico com 300 pacientes está avaliando a eficácia de modelos multicoloridos de câncer de rim específicos de pacientes usando manufatura aditiva. O estudo investiga se tais modelos apoiam efetivamente os cirurgiões com avaliações pré-operatórias e orientação durante a cirurgia.

A fabricante global de dispositivos médicos Stryker está financiando um projeto de pesquisa na Austrália para usar a tecnologia de manufatura aditiva para criar implantes cirúrgicos impressos em 3D sob demanda para pacientes com câncer ósseo.

Em geral, as aplicações de saúde para manufatura aditiva estão crescendo, especialmente quando a segurança e a eficácia dos dispositivos médicos construídos com AM são demonstradas. A produção de órgãos sintéticos únicos também é promissora.

Desenvolvimento de produtos


À medida que o potencial de flexibilidade de projeto da AM é realizado, conceitos de projeto antes impossíveis estão sendo reimaginados com sucesso. A manufatura aditiva libera o potencial criativo de designers que agora podem operar livres das restrições sob as quais antes trabalhavam.

Perguntas frequentes.

O que é manufatura aditiva?


A manufatura aditiva (MA), também conhecida como impressão 3D, é uma abordagem transformadora da produção industrial que permite a criação de peças e sistemas mais leves e resistentes. Como o próprio nome indica, a manufatura aditiva adiciona material para criar um objeto.

O que é processo de manufatura aditiva?


A manufatura aditiva é um processo específico de impressão 3D. Este processo constrói as peças camada por camada depositando o material de acordo com os dados do projeto 3D digital. Por exemplo, em vez de fresar uma peça de trabalho a partir de um bloco sólido, a manufatura aditiva constrói a peça camada por camada a partir de material fornecido como um pó fino.

Quais são os tipos de manufatura aditiva?


Tipos de manufatura aditiva:
  1. Jato de aglutinante.
  2. Deposição de energia direcionada.
  3. Fusão em pó.
  4. Laminação de chapas.
  5. Extrusão de materiais.
  6. Jato de materiais.
  7. Polimerização de foto de cuba.

O que significa manufatura aditiva?


A manufatura aditiva é o processo de criação de um objeto através da construção de uma camada de cada vez. É o oposto da manufatura subtrativa, na qual um objeto é criado cortando um bloco sólido de material até que o produto final esteja completo.

Quais produtos são feitos de manufatura aditiva?


As aplicações comuns incluem dutos de sistemas de controle ambiental (ECS), componentes cosméticos personalizados para interiores de aeronaves, componentes de motores de foguetes, revestimentos de combustores, ferramentas para compósitos, tanques de óleo e combustível e componentes de UAV. A impressão 3D oferece peças complexas e consolidadas com alta resistência.

Por que é chamado de manufatura aditiva?


Isso é diferente de outras formas tradicionais de criar ou forjar produtos, nas quais o material é cortado ou removido de um objeto maior para obter o produto final. Para simplesmente responder à pergunta “Por que se chama manufatura aditiva?”, é porque o processo de construção adiciona em vez de subtrair matéria-prima.

A manufatura aditiva é a mesma coisa que a impressão 3D?


Entre os termos impressão 3D e manufatura aditiva, não há diferença. Impressão 3D e manufatura aditiva são sinônimos do mesmo processo. Ambos os termos fazem referência ao processo de construção de peças unindo material camada por camada de um arquivo CAD.

O que significa estereolitografia?


A estereolitografia (SLA) é um processo de manufatura aditiva que constrói protótipos, padrões e produtos sólidos a partir de desenhos CAD. O SLA permite a construção de protótipos de plástico sólido que são tecidos a partir de uma pistola de feixe de laser alimentada por CAD.

Quais são os benefícios da manufatura aditiva?


Vantagens da Manufatura Aditiva:

A soldagem é manufatura aditiva?


A aplicação da soldagem na manufatura aditiva (MA) para a fabricação de componentes metálicos é um dos interesses de pesquisa e desenvolvimento que mais cresce. As fontes de energia como laser, feixe de elétrons e soldagem a arco são usadas para derreter e depositar a matéria-prima em forma de pó ou fio.

Qual ​​é a desvantagem da manufatura aditiva?


Desvantagens – O custo de produção é alto – Com o uso de outras técnicas além da manufatura aditiva, as peças podem ser feitas mais rapidamente e, portanto, o tempo extra pode levar a custos mais altos. Além disso, máquinas de manufatura aditiva de alta qualidade podem custar caro.

Quem inventou a manufatura aditiva?


Chuck Hull é cofundador, vice-presidente executivo e diretor de tecnologia da 3D Systems. Ele é um dos inventores da impressora 3D SLA, a primeira tecnologia comercial de prototipagem rápida, e do formato de arquivo STL amplamente utilizado.

Para quais tarefas as tecnologias aditivas são usadas?

Qual ​​é a diferença entre manufatura aditiva e prototipagem rápida?


Prototipagem rápida significa produzir um protótipo rapidamente. A manufatura aditiva refere-se a qualquer processo de fabricação que produz produtos adicionando materiais gradualmente.

Qual ​​é a diferença entre manufatura generativa e manufatura aditiva?


Embora o design generativo seja sofisticado o suficiente para trabalhar com métodos tradicionais, a manufatura aditiva oferece mais liberdade à tecnologia. Não é difícil entender o porquê. Um exemplo de uma peça criada via design generativo. O sistema otimizou os dois projetos à esquerda para fresamento de 3 eixos e alumínio fundido.

Qual ​​é a história da manufatura aditiva?


A manufatura aditiva surgiu pela primeira vez em 1987 com a estereolitografia (SL) da 3D Systems, um processo que solidifica camadas finas de polímero líquido sensível à luz ultravioleta (UV) usando um laser. O SLA-1, o primeiro sistema AM comercialmente disponível no mundo, foi o precursor da máquina SLA 250, outrora popular.

Por que a impressão 3D foi inventada?


A ideia veio a Crump em 1988, enquanto ele tentava fazer um sapo de brinquedo para sua filha, dispensando cera de vela através de uma pistola de cola. Em 1989, Crump patenteou a tecnologia e, com sua esposa, cofundou a Stratasys Ltd. para fabricar e vender máquinas de impressão 3D para prototipagem rápida ou fabricação comercial.

Qual ​​líquido é usado na estereolitografia?


A estereolitografia (ou SLA) é uma das mais antigas técnicas de impressão 3D já desenvolvidas. Este processo de manufatura aditiva é usado para imprimir material de resina em 3D, usando um processo fotoquímico. Este processo de impressão 3D SLA usa uma cuba de resina fotopolímero líquida que pode ser curada.

Quem inventou a máquina de impressão 3D?


Charles Hull é o inventor da estereolitografia, a primeira tecnologia comercial de prototipagem rápida comumente conhecida como impressão 3D. As primeiras aplicações foram em laboratórios de pesquisa e desenvolvimento e salas de ferramentas, mas hoje as aplicações de impressão 3D são aparentemente infinitas.

A manufatura aditiva é o futuro?


Em 2021, o progresso continuará, com grandes e pequenas empresas de software focando em soluções de software para atender aos requisitos de tecnologias aditivas. Essa evolução alimentará a próxima geração de ferramentas de software que impulsionarão o AM para a industrialização.

A manufatura aditiva é cara?


Dependendo do processo e do projeto do componente, os custos variáveis ​​para a produção aditiva podem ser de cinco a cinquenta vezes maiores do que para a produção convencional, por exemplo, no processamento de polímeros e metais.

O que é manufatura aditiva GE?


A GE Additive agora oferece experiência em máquinas, materiais e projetos de engenharia, fazendo parcerias com clientes para ajudá-los a introduzir aditivos em seus negócios. As máquinas Concept Laser e Arcam já estão atendendo clientes nas indústrias aeroespacial, médica, odontológica e joalheria.

O que é soldagem aditiva?


A fabricação aditiva por arco de arame é um processo que combina soldagem automatizada de gás inerte de metal (MIG) ou soldagem de fio quente a laser com impressão 3D de deposição direta.

Qual ​​é a diferença entre manufatura aditiva e subtrativa?


Os processos de manufatura aditiva constroem objetos adicionando material camada por camada, enquanto a manufatura subtrativa remove material para criar peças.

A manufatura aditiva está crescendo?


A manufatura aditiva projetou o crescimento do mercado global 2020-2026. Entre 2020 e 2023, espera-se que o mercado global de manufatura aditiva cresça cerca de 17% ao ano. Embora o mercado de materiais de impressão 3D seja atualmente dominado por plásticos, os materiais metálicos são projetados para estimular o crescimento do mercado.

Qual ​​é a sustentabilidade da manufatura aditiva?


Como processo em si, a manufatura aditiva já representa um meio de produção mais sustentável. Isso é particularmente evidente no fato de que a impressão 3D elimina o uso de material em excesso e, portanto, o desperdício desnecessário praticamente desde o início.

Qual ​​é o principal desafio da manufatura aditiva?


O desafio é identificar os projetos de peças e montagens determinados pela tecnologia de fabricação atual e considerar se a AM pode melhorar o desempenho. À medida que a AM possibilita a criação de geometrias que não são viáveis ​​com os métodos convencionais de fabricação, a liberdade de projeto aumenta.

O que é manufatura aditiva simples?


A manufatura aditiva (AM) ou manufatura aditiva em camada (ALM) é o nome da produção industrial para impressão 3D, um processo controlado por computador que cria objetos tridimensionais depositando materiais, geralmente em camadas.

Por que a manufatura aditiva foi introduzida?


Metal Additive Manufacturing, ou impressão 3D, oferece a possibilidade de produzir peças complexas sem as restrições de design das rotas de fabricação tradicionais.

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