Fatos sobre impressão a laser de metal

A fabricação de peças de precisão está pronta para impressão 3D?

O tema da impressão a laser 3D de metal é frequentemente notícia, então você pode se perguntar:quando a Metal Cutting Corporation vai falar sobre impressão a laser? Afinal, costumamos falar sobre vários outros métodos para fazer peças metálicas.

Na Metal Cutting fazemos peças muito pequenas, para o nosso exemplo aqui muitas vezes com dimensões de 1 mm (0,039″) por 2 mm (0,079″), e fazemos uma Muitos deles. Essas peças geralmente não têm muitos recursos complexos ou vazios internos. Eles podem ser um tubo ou podem ser sólidos.

Então, nossa pergunta para os especialistas em impressão a laser 3D é:pode você usa impressão a laser 3D de metal para grandes quantidades de peças tão pequenas?

Métodos básicos de impressão a laser 3D de metal

Para começar, vamos dar uma olhada rápida nos três métodos principais para impressão a laser 3D de metal.

Sinterização direta a laser de metal (DMLS)

Este método mais popular basicamente derrete um desenho 2D em um leito de pó achatado, fundindo o pó e então adicionando camada sobre camada para construir o objeto. , o processo é muito lento e produz metalurgia que se aproxima, mas nem sempre é igual à fabricação tradicional. O DMLS também é conhecido como sinterização seletiva a laser (SLS) ou fusão seletiva a laser (SLM).

Deposição de Energia Dirigida (DED)

Neste método alimentado por pó, um fluxo de pó metálico altamente concentrado é liberado lentamente através de uma extrusora e é fundido à medida que se encontra com um laser, formando camadas na superfície do pó. a peça. O DED é altamente preciso para impressão a laser 3D de metal e também é usado para reparar peças quebradas. Este método é conhecido como deposição de metal a laser ( LMD).

Jato de ligante de metal

Este método envolve a aplicação de uma resina líquida aglutinante em um material metálico em pó.As camadas são, de fato, “coladas” umas às outras e depois sinterizadas em um forno de alta temperatura. Este processo é mais rápido e menos dispendioso do que os outros dois métodos; no entanto, os resultados não são tão fortes ou densos quanto os resultados obtidos com DMLS ou DED.

Algumas aplicações para impressão a laser em metal

A impressão a laser de metal tornou-se popular para uma série de aplicações, que incluem tudo, desde prototipagem a componentes funcionais em vários setores, até a produção personalizada em massa de itens do dia a dia, como jóias e utensílios de cozinha.

A impressão a laser de metal é muito popular em aplicações de implantes dentários e ortopédicos. Ela permite que esses produtos sejam personalizados para atender às necessidades individuais dos pacientes. (Você pode ler mais em nosso blog Polishing Metal Parts for 3D Dispositivos médicos impressos.) A impressão a laser de metal também é amplamente utilizada na indústria aeroespacial. Por exemplo, o motor a jato LEAP de próxima geração tem bicos de combustível impressos em 3D.

Alguns erros comuns

As pessoas fazem algumas suposições incorretas quando se trata de impressão a laser 3D de metal. Parece bobo, mas vale a pena notar que só porque um produto é projetado usando modelagem CAD 3D não o torna “pronto para impressão 3D”; Os processos de impressão a laser 3D exigem pós-processamento exclusivo.

Como em qualquer método de fabricação, as propriedades do material específico a ser usado também devem ser consideradas. Por exemplo, uma suposição é que a impressão a laser de metal é um substituto para a fundição de metal. Pelo contrário, o laser é ótimo para peças únicas e complexas que não podem As propriedades de um objeto de metal impresso a laser 3D são diferentes das propriedades do “mesmo” objeto quando ele é fundido em metal.

Além disso, a impressão a laser de peças metálicas projetadas para um processo como a fresagem CNC seria muito cara. Isso ocorre porque as peças produzidas subtrativamente têm mais massa e volume, e seus projetos não são otimizados para as vantagens inerentes da fabricação 3D – essencialmente, vazios e estruturas leves e de alta resistência.

Vantagens da impressão a laser de metal

Do ponto de vista de um engenheiro, provavelmente as vantagens mais significativas da impressão a laser 3D de metal são:

• A capacidade de produzir vazios totalmente fechados e outros recursos que são impossíveis de usinar subtrativamente
• Estruturas que produzem uma resistência extraordinária da peça e um design leve que antes era impossível de alcançar

Para uma indústria como a aviação, onde o peso reduzido de uma aeronave significa menor consumo de combustível, a leveza é um objetivo importante.

Do ponto de vista da aplicação, a vantagem mais significativa da impressão a laser de metal seria a “personalização em massa” que a impressão a laser aditiva 3D introduziu em indústrias que vão desde peças de reposição da aviação até coroas e pontes odontológicas, até inovações ortopédicas e protéticas e, claro, todo o negócio de prototipagem. Algumas dessas formas únicas nunca poderiam ser produzidas subtrativamente. Mesmo para aqueles que poderiam ser usinado ou fundido a um custo menor por peça, nenhum dos métodos poderia se aproximar dos prazos de entrega quase instantâneos que a impressão a laser 3D de metal tornou possível.

A impressão a laser de metal também pode reduzir a quantidade de resíduos no processo de produção. Onde os métodos tradicionais de corte subtrativo envolvem a remoção de material para criar uma forma, a impressão a laser 3D de metal atinge uma forma através da adição de apenas o material necessário.

Enquanto o pó de metal estiver disponível, a impressão a laser 3D é flexível em termos de metais que podem ser usados, como titânio, aço inoxidável, Inconel e cromo-cobalto , bem como latão, cobre, bronze e metais preciosos como ouro, prata e platina. No entanto, embora os desafios da impressão a laser 3D em uma atmosfera inerte tenham sido superados, continua sendo impossível recozer adequadamente certos metais. Por exemplo, enquanto o tungstênio pode ser “construído” via impressão 3D, o bloco resultante de metal de tungstênio é muito frágil para ser usado.

Desvantagens da impressão a laser para peças metálicas

A impressão a laser 3D aditiva é certamente famosa por tornar o impossível possível, mas e a precisão? A impressão 3D é um bom método para fazer pequenas peças metálicas de precisão?

Vejamos o DMLS, o método mais maduro e bem desenvolvido, onde as variáveis ​​importantes que impulsionam a precisão dimensional são:

• O tamanho das partículas de pó
• Os intervalos de altura dos degraus do elevador
• O tamanho do feixe de laser

Cada um desses fatores determina as tolerâncias dimensionais. Grande tamanho de partícula de pó de metal contribui para etapas maiores. A altura de cada camada de pó determina de forma semelhante as tolerâncias que podem ser alcançadas.
E provavelmente a variável mais importante é o tamanho do laser. É aqui que um pequeno feixe oferece maior precisão e uma maior feixe produz dimensões mais imprecisas. O problema é que um feixe de laser menor gera menos calor - e isso significa que levará mais tempo para fazer seu trabalho. Então, você pode ter uma peça que é muito precisa e/ou muito pequena, mas vai demorar muito mais para ser produzida, o que, por sua vez, eleva o custo.

Há outras maneiras pelas quais a impressão a laser de metal é demorada. Novamente, veja o muito popular DMLS, onde cada peça tem um pequeno ponto de fixação, como o pequeno fio que mantém um ninho de vespa suspenso uma varanda. Se você tem 10.000 peças impressas a laser, isso significa que você tem 10.000 pontos de fixação que devem ser separados. Essa tarefa de separação da base geralmente é realizada usando EDM; mas seja qual for o método usado, fazê-lo 10.000 vezes anula a maioria, senão todas as vantagens aditivas.

A realidade é que a verdadeira produção em massa ainda não é possível com a impressão a laser 3D de metal, o que torna impraticável e caro produzir dezenas de milhares de peças muito pequenas Além disso, há o alto custo inicial da impressora 3D:pelo menos US$ 100.000 para alguns dos mais novos tabletops, que visam interromper os disruptores anteriores, até mais de US$ 1 milhão para as impressoras de atmosfera controlada usadas com metais como titânio ou os invólucros gigantes necessários para máquinas projetadas para fazer peças de aviação. Esse alto custo significa que qualquer aplicação que a impressora a laser seja proposta precisa “adicionar” algo realmente único para “subtrair” o valor dos métodos tradicionais de fabricação de metal.

O que o futuro reserva?

Não queremos que você pense que estamos sendo teimosos ou resistentes à mudança. Na verdade, gostaríamos de dar um alô para nosso amigo Scott Cohen e seu parceiro, David Bell, do New Lab. Eles conhecem o futuro tão bem quanto qualquer um, e não temos dúvidas de que alguém do New Labs um dia resolverá alguns dos problemas que estamos vendo agora.

Embora o desenvolvimento de impressoras a laser 3D do tamanho de um desktop - em vez de enormes máquinas de tamanho industrial - torne a tecnologia mais acessível, ainda não vemos a impressão a laser de metal adequada para grandes volumes de pequenas peças de precisão. Neste caso, máquinas pequenas não fazem peças pequenas. Mas é claro que um dia podemos estar errados!

Para obter algumas dicas úteis sobre como escolher o melhor método de corte de metal de precisão para seu projeto de fabricação de metal, baixe nosso white paper Escolha com confiança:comparando métodos de corte de precisão de 2 eixos.