3 Fatores-Chave Garantindo Precisão na Produção de Metais

O que são "metais de precisão"?

No mundo da usinagem de metais, as pessoas frequentemente buscam o que chamam de metais de precisão. Mas o que exatamente isso significa?

Dependendo da aplicação, o termo precisão pode pertencer a várias características:

• A precisão das dimensões de um metal
• A precisão de sua composição
• A precisão do desempenho do metal.

O que, então, é importante considerar sobre metais de precisão para seu produto ou necessidade de fabricação em termos destas características importantes?

Dimensões de Metais de Precisão

Para nossos clientes, dimensões são o foco principal quando se trata de metais de precisão. Na verdade, na Metal Cutting, onde nossas tolerâncias de corte muito apertadas podem resultar em altos valores de Cpk/Ppk, nossos métodos entregam um nível de precisão dimensional que pode realmente ser maior do que o que um cliente precisa.

Em geral, dimensões precisas e custo estão altamente correlacionados, no sentido de que maior precisão vem com uma etiqueta de preço mais alta. Isso porque atingir dimensões precisas geralmente requer maquinaria que em si tem as tolerâncias mais apertadas, sendo feita de componentes das tolerâncias mais apertadas.

Além disso, para obter os resultados finais desta maquinaria requer anos de experiência e os melhores operadores. Portanto, o custo da maquinaria e mão de obra — e, finalmente, o custo de metais de precisão com dimensões das tolerâncias mais apertadas — é alto.

Vale a pena o custo da precisão do laser?

Um grande exemplo é o processamento a laser. Embora possa ser versátil e preciso, produzindo tolerâncias apertadas e cortes estreitos, o corte a laser é geralmente lento e caro, especialmente para corte de 2 eixos.

Embora lasers de grande potência possam fazer cortes mais rápidos, ao fazê-lo produzem acabamentos superficiais de corte grosseiros e zonas afetadas pelo calor largas e profundas — provavelmente não os resultados que você procura nas dimensões de metais de precisão.

Para corte a laser de tubos, o interior do tubo deve ser revestido com fluido anti-respingo e os materiais devem ser cortados a laser um de cada vez, ambos os quais aumentam o tempo de produção e adicionam ao custo.

A impressão 3D é tudo o que dizem?

Outro exemplo da troca entre custo e dimensões é a fabricação 3D. Aqui, o processo de sinterização a laser depende de várias variáveis, incluindo:

• O tamanho do ponto do laser
• O tamanho em mícrons do pó metálico
• Os intervalos de altura dos "degraus do elevador" apresentando o pó fresco a ser sinterizado a laser

Nos primórdios da sinterização a laser, estas gradações — especialmente os intervalos de altura dos degraus do elevador — eram bastante grandes comparadas com as máquinas de torneamento e fresamento de estilo suíço de última geração da mesma época.

Então, embora o método 3D pudesse adicionar características metálicas que não podiam ser alcançadas através de subtração usando usinagem convencional, o produto final era surpreendentemente áspero. Isso era devido à resolução comparativamente ruim da impressão 3D inicial.

Embora a precisão dos intervalos, tamanho do pó e tamanho do laser tenham melhorado muito na sinterização direta a laser de metal de hoje, algumas dessas trocas básicas permanecem.

Por exemplo, houve avanços extraordinários na redução do tamanho do ponto do laser. No entanto, junto com isso vem um aumento no tempo necessário para construir aditivamente uma peça.

Isso resulta em preços de peças mais altos — e outro exemplo de onde maior precisão correlaciona com custo mais alto.

Além disso, com a natureza da sinterização e os desafios do recozimento, a sinterização a laser de um material como tungstênio permanece um trabalho em andamento.

Embora alguns avanços tenham sido feitos — por exemplo, no teste das propriedades de tungstênio impresso em 3D para uso em blindagem de radiação médica e imagem nuclear — o sucesso permanece elusivo por enquanto.

Composição de Metais de Precisão

Há muitas ligas e metais projetados cuja composição os torna "precisos".

Um exemplo famoso é a liga de níquel-titânio. Primeiro popularmente usada antigamente para fazer armações de óculos, o NiTi (ou Nitinol) é o que forneceu às armações memória de forma e superelasticidade — permitindo que as armações robustas resistissem a serem dobradas e voltassem à forma.

Hoje, o NiTi é amplamente usado para tubos na indústria de dispositivos médicos. (Você pode saber mais sobre NiTi e outros materiais de tubos para dispositivos médicos em nosso white paper gratuito.)

Outro exemplo é o elemento tungstênio, que requer uma composição precisa para alcançar seus objetivos de desempenho muito específicos e desejados.

Por exemplo, para operações de soldagem automatizadas de alta velocidade que requerem altos níveis de condutividade térmica e elétrica e dureza superior, a Metal Cutting oferece eletrodos de alto desempenho feitos de tungstênio puro.

O elemento tungstênio e o NiTi ilustram perfeitamente a dicotomia básica na composição química de metais de precisão: pureza vs. receita. Para algumas aplicações, um metal de precisão é um elemento puro, como o elemento tungstênio. Mas para outras aplicações, é uma mistura que requer uma receita específica.

A receita variará, mas os resultados devem ser precisos.

Testes de pureza são feitos com ambos os metais de precisão puros e aqueles que vêm de uma receita, determinando o número de casas decimais de pureza (ex: 99,95% a 99,99%) e as porcentagens exatas dos ingredientes (ex: 55% níquel em peso).

Por exemplo, o NiTi é uma mistura personalizada que varia por fabricante e nunca é exatamente uma mistura 50/50 de níquel e titânio.

De fato, embora deva haver especificações ASTM para todos os metais, há exceções e o NiTi é um caso em ponto: Não há especificação ASTM para ele. Mesmo metais "puros", como titânio puro, podem ter várias receitas (basicamente ligas) e estar disponíveis em diferentes graus.

Outro bom exemplo é o aço inoxidável, que é frequentemente ligado com outros metais. Diferentes fabricantes produzem sua própria marca única de aço inoxidável usando uma receita secreta que requer precisão.

Da mesma forma que nem todas as manteigas de amendoim são iguais — mesmo quando usam os mesmos ingredientes — nem todos os aços inoxidáveis são iguais. Cada receita deve atender aos requisitos de teste de pureza para uma certa proporção de ingredientes, reunidos consistentemente e repetidamente, para produzir metais de precisão.

A pureza também pode determinar os resultados.

No nosso negócio, nosso elemento tungstênio puro é procurado para uso em lâmpadas de projetor. Estas ainda são utilizadas em aplicações como projetores pequenos, portáteis e autônomos às vezes usados por empresários para exibir apresentações de um laptop ou notebook em uma tela.

Estas unidades pequenas requerem uma lâmpada muito intensa, e o elemento tungstênio usado deve ser muito puro para alcançar esse nível de desempenho.

A Metal Cutting tem pó de tungstênio 99,999% puro, que quando vendido em forma de barra entrega 99,99% de elemento tungstênio puro. Esta pureza ligeiramente reduzida (<100%) é devida a alguma pequena quantidade de impureza do equipamento de processamento.

Desempenho de Metais de Precisão

O desempenho pode estar intimamente relacionado à composição de um metal. Por exemplo, um novo metal pode ser inventado ou uma liga especialmente projetada para entregar um desempenho particular. Um bom exemplo é o NiTi, o garoto-propaganda para ligas de memória de forma, superelásticas.

Uma aplicação que requer o desempenho de alto ponto de fusão do tungstênio — como, famosamente, a lâmpada incandescente — requer o elemento tungstênio mais puro. Caso contrário, o material não funcionaria corretamente e falharia prematuramente.

O desempenho de metais também pode ser afetado pelo processo de produção. Por exemplo, o processo de formar um metal na forma requerida, como fio, muda a dureza do material.

Isso significa que se uma resistência à tração específica é requerida para o propósito final, a maneira como o fio é produzido precisaria ser ajustada de acordo — talvez adicionando um processo de recozimento para manter o desempenho de tração necessário.

Outro metal de precisão utilizado por seu desempenho é o magnésio, que junto com ferro, zinco e manganês está encontrando ampla aplicação em dispositivos médicos devido às suas propriedades bioabsorvíveis.

Embora possamos imaginar que desempenho se relaciona a naves espaciais, satélites e outros processos e equipamentos complexos de alta energia, provavelmente não há aplicação mais importante do que garantir que o magnésio usado em stents bioabsorvíveis seja feito precisamente e se degrade com segurança dentro do corpo como projetado.

Especifique o que precisão é para suas necessidades de fabricação.

A característica mais importante de metais de precisão — a coisa que torna um metal particular preciso — vai variar dependendo de sua aplicação e seus objetivos de produção.

Seja sua ênfase em dimensões (como é aqui na Metal Cutting), composição ou desempenho, você pode ajudar a garantir os melhores resultados e otimizar a fabricabilidade elaborando cuidadosamente as especificações de suas peças.