Prototipagem Rápida Revoluciona a Microfusão para as Indústrias Aeroespacial, Automotiva e de Defesa

O Desafio da Fabricação de Peças Complexas

Na indústria de manufatura, especialmente em setores-chave como aviação, aeroespacial, defesa nacional e automobilística, os componentes nucleares são geralmente peças metálicas. Uma parcela significativa dessas peças apresenta geometrias assimétricas, superfícies curvas irregulares ou estruturas complexas e de detalhes finos.

A produção dessas peças costuma recorrer ao processamento por desintegração ou à microfusão (investment casting). A microfusão exige um molde mestre ou de transição para replicar as peças metálicas. O projeto e a fabricação desses moldes tornaram-se um gargalo que restringe a produção de fundidos.

A Solução da Prototipagem Rápida

A tecnologia de prototipagem rápida pode fornecer rapidamente os modelos de cera necessários para a microfusão. Isso resolve problemas do processo de fundição tradicional, como o longo ciclo de preparação dos modelos de cera, altos custos de produção e a dificuldade de produzir estruturas complexas, como superfícies curvas, melhorando drasticamente a eficiência produtiva e a flexibilidade de manufatura.

Processo de Produção da Tecnologia de Prototipagem Rápida

• A tecnologia de manufatura por prototipagem rápida (RPM) inclui métodos de moldagem como SLS, SLA e SLM. Ela integra conquistas tecnológicas modernas como tecnologia CAD, controle numérico, tecnologia a laser e tecnologia de materiais.
• Diferente dos métodos tradicionais, o processo de prototipagem rápida começa com a geração de um modelo sólido ou de superfície 3D CAD do produto, convertido para o formato STL padrão de arquivo RP, com correção de erros na conversão.
• Em seguida, os dados de cada camada são transmitidos à máquina de prototipagem rápida. Utilizando manufatura aditiva e laser como fonte de calor, cada camada é sinterizada ou fundida sucessivamente e interligada até a conclusão da peça completa.
• Os materiais usados no método SLS são vários pós sinterizáveis, como cera de parafina, plásticos, pós metálicos de baixo ponto de fusão ou suas misturas. A seleção do material adequado conforme os requisitos do processo permite a produção rápida de modelos físicos do produto.

Processo Combinado: Prototipagem Rápida e Microfusão

A microfusão é o método de conformação mais preciso entre todos os processos de fundição, com excelente repetibilidade e menores requisitos de usinagem subsequente. Ela requer o projeto e fabricação de modelos de cera ou outros moldes expendáveis.

Dependendo da complexidade e dimensão da peça fundida, o ciclo de produção costuma levar de várias semanas a vários meses. Após a obtenção do molde, ainda é necessária mais uma semana para produzir o fundido. A maior parte do tempo é gasta na construção dos modelos de cera e das cascas de molde, resultando em altos custos de ferramental e consumo de tempo, especialmente para produção em baixa escala.

A tecnologia RPM pode formar diretamente modelos de cera para microfusão sem a fabricação de moldes. O modelo de cera feito por prototipagem rápida a laser (SLS) utiliza pó de parafina.

O processo tecnológico consiste em espalhar uma camada de pó na mesa de trabalho e sinterizá-la seletivamente com um feixe de laser sob controle computacional (a parte oca do componente não é sinterizada, permanecendo como material em pó), e as partes sinterizadas se solidificam juntas formando a parte sólida do componente.

Após a conclusão de uma camada, passa-se à próxima, que é firmemente sinterizada à anterior. Após toda a sinterização, remove-se o excesso de pó para obter o modelo de cera sinterizado.

A tecnologia RPM destaca-se pela ampla gama de materiais. Pó de parafina pode ser usado para fazer modelos de cera para microfusão, pó cerâmico para construir cascas cerâmicas, e pó metálico para estabelecer moldes metálicos para prensagem de modelos de cera.

A aplicação da prototipagem rápida na microfusão divide-se em três situações:

• Formação de modelos de cera ou de espuma perdida (protótipos para microfusão), usados para produção em pequenos lotes, desenvolvimento de produtos ou produção de teste de fundidos complexos.
• Formação direta de cascas para produção em pequenos lotes.
• Prototipagem rápida do molde mestre usado para formar o modelo de cera, usado para produção em massa.
• Esses métodos resolvem o problema do gargalo na fabricação de modelos de cera no processo tradicional.

Conclusão

O uso da tecnologia de prototipagem rápida para construir modelos de cera para microfusão evita as restrições à forma dos fundidos e ao processo de desenvolvimento impostas pela produção de moldes mestres metálicos, o que pode encurtar drasticamente o ciclo de desenvolvimento. Ao mesmo tempo, o custo economizado na produção de moldes pode ser direcionado para P&D e produção de fundidos de alta precisão e tecnologia de ponta mais complexos.

Prototipagem rápida e microfusão são complementares. Sem a prototipagem rápida, a produção do molde mestre será o gargalo da microfusão. E sem a microfusão, a aplicação da prototipagem rápida também terá grandes limitações.