A Extrusão 3D de Metal é o Futuro da Manufatura Aditiva?

A manufatura aditiva por extrusão 3D de metal está começando a se estabelecer no mercado. Com preço mais acessível que outras tecnologias 3D, tem potencial para mudar o jogo. Perfilamos vários grandes players no espaço — e seus claims to fame.

Com todas as notícias sobre impressão 3D de metal ultimamente, chances são boas de que você esteja pelo menos interessado, se não investigando ativamente as opções disponíveis. Fabricantes estão usando tecnologias como sinterização a laser direta de metal e fusão por feixe de elétrons para imprimir de bicos de combustível de motor a jato a próteses médicas, então por que sua oficina não querer aproveitar a tecnologia para protótipos, ferramentas e peças de produção de baixo volume?

Por um lado, impressoras usadas para produzir essas peças, e milhares de componentes metálicos similares, podem ser caras. Pode contar com $500.000 ou mais para uma máquina de leito de pó a laser, mais software, treinamento e equipamentos auxiliares para suportá-la. O pó metálico necessário para realmente construir algo é frequentemente proprietário, assim como os lasers usados para sinterizá-lo em produtos úteis.

­­Os Novos Players da Extrusão 3D de Metal no Mercado

Não desespere. Uma nova geração de impressoras 3D de metal entrou no mercado recentemente. Essas máquinas são muito menos custosas, relativamente fáceis de usar e produzem peças metálicas totalmente densas adequadas para aplicações de uso final. Várias tecnologias distintas existem com cerca de uma dúzia de fabricantes de equipamentos oferecendo suas próprias alternativas únicas aos sistemas tradicionais de leito de pó. Aqui estão alguns exemplos.

A manufatura aditiva 3D é viável apesar do hype? Leia "O Caso da Impressão 3D na Manufatura" para saber mais.

Perfis de Extrusão 3D de Metal: Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

A impressora Metal X da Markforged usa manufatura aditiva por difusão atômica proprietária, ou tecnologia "ADAM", para imprimir peças de aço inoxidável 17-4 PH ou 303 com alumínio, Inconel, titânio e outros planejados.

A tecnologia funciona extrudando cilindros tipo bastão de metal em pó previamente misturado com aglutinante plástico através de um bico para criar camadas de peça de 50 μm (0,002 pol.) de espessura. Quando completa, a peça "verde" é enviada por uma estação de lavagem para remover parte do material aglutinante e então colocada em forno que queima o aglutinante restante e funde as partículas metálicas. Com preço em torno de $100.000 para sistema completo, custos de manufatura são reportadamente até 10 vezes menos que tecnologias aditivas de metal alternativas e até 100 vezes menos que usinagem.

Perfil de Extrusão 3D de Metal: Desktop Metal, Digital Metal

A Desktop Metal oferece duas impressoras 3D de metal, o Studio System e o Production System. O Studio System é uma impressora "office-friendly" que emprega processo de extrusão não diferente do usado pela Markforged. Seu processo patenteado de deposição de metal ligado imprime 17-4 PH, 316L, Inconel e outros pós similares aos usados na moldagem por injeção de metal de décadas, mas ligados em mistura de polímero. Espessuras de camada de 50 μm (0,002 pol.) e velocidades de construção de 16 cm³/hr. (1 in³/hr.) são possíveis. Aqui novamente, peças são lavadas em estação de desligamento antes de serem sinterizadas em forno a temperaturas de até 1400°C (ou 2552°F). A Desktop Metal também reivindica ser 10 vezes menos cara que impressoras 3D de metal a laser.

Com velocidades de construção até 8200 cm³/hr. (500 in³/hr.), o Production System da Desktop Metal é dito ser 100 vezes mais rápido que impressoras de metal a laser e claramente desenhado para produção em massa. Usando 32.000 jatos e um espalhador de pó bidirecional, sua tecnologia de jato de passagem única deposita milhões de gotas por segundo de fluido aglutinante em cada camada de pó. Também tem agentes anti-sinterização para tornar estruturas de suporte mais fáceis de remover depois. As peças "marrons" são então fundidas em forno logo abaixo da temperatura de fusão do metal para produzir produto totalmente denso.

Embora não comercialmente disponível até 2019, o custo de aproximadamente $400.000 do Production System está se aproximando de impressoras de leito de pó a laser, mas diz oferecer custo por peça comparável ao de fundição de metal — pelo menos até 100.000 peças.

Quer ir mais fundo em manufatura aditiva 3D? Confira "Os Desafios e Soluções Únicos na Impressão 3D de Metal."

Perfil de Extrusão 3D de Metal: Digital Metal

A DM P2500 da Digital Metal é outra impressora 3D de metal que usa tecnologia de binder-jetting. Como parte do Grupo Höganäs da Suécia, fornecedor líder de pós metálicos, a Digital Metal diz que suas máquinas produziram mais de 200.000 componentes impressos em 3D de alta qualidade para indústrias aeroespacial, automotiva, médica e outras. Espessuras de camada a 42 µm (0,0016 pol.) são possíveis, assim como resolução de característica a 35 μm (0,0014 pol.). Velocidades de construção próximas à do Studio System da Desktop Metal a 100 cm³/hr. (6 in³/hr.), embora a DM P2500 seja dita atingir detalhes extremamente finos e acabamentos superficiais "grau médico".

Existem muitos outros sistemas e tecnologias disponíveis. O fabricante de máquinas AM ExOne, por exemplo, oferece variedade de máquinas e materiais de binder-jetting variando de bronze a tungstênio. A Vader Systems usa campo eletromagnético para construir peças de metais liquefeitos. A manufatura aditiva por pelotas da Pollen AM usa feedstock MIM que é até 5 vezes menos caro que sistemas baseados em pó existentes.

Embora impressoras 3D de metal a laser tenham seu lugar, essas alternativas oferecem várias vantagens: Como não há estresse térmico como em sistemas a laser, as estruturas de suporte necessárias para manter peças no lugar durante o processo de construção podem ser simplificadas ou até eliminadas. Isso permite que toda a câmara de construção seja preenchida, o que significa centenas ou até milhares de peças pequenas podem ser processadas em uma única operação não supervisionada.

As estruturas de suporte usadas são tipicamente mais fáceis de remover, o que pode eliminar necessidade de operações secundárias de usinagem ou acabamento manual. Como os metais são os mesmos usados com MIM, aprovações de fiscalização aeroespacial e médica são muito mais fáceis de obter. Não há necessidade de gases argônio ou nitrogênio como em sistemas a laser, nem preocupações com feixe de laser faíscando explosão em atmosfera cheia de poeira de alumínio ou titânio.

Você já se aventurou na manufatura aditiva e impressão 3D? Como foi sua experiência?