Conhecimento básico

A fabricação de aditivos está se tornando cada vez mais importante. As fundições também podem se beneficiar da impressão em 3D. Mas como funciona e onde é usado?

Processos de fabricação de aditivos abrem possibilidades de design completamente novas.

( Fonte: / CC0 )

A fabricação de aditivos está a desempenhar um papel cada vez mais importante na indústria de fabricação e é utilizada principalmente na fabricação de ferramentas e na construção de protótipos.

A fabricação de aditivos: Definição e explicação

Este processo de fabricação é utilizado sobretudo na fabricação de ferramentas (ferramentaria rápida), na fabricação de produtos finais (fabricação rápida), e na produção de protótipos (prototipagem rápida). Como pode a fabricação de aditivos ser classificada em termos de tecnologias de fabricação? As tecnologias de fabricação são geralmente baseadas em três pilares:

• Processos subtrativos (algo é removido): Fresagem, ripagem, etc.

• Processos Formativos (um material é redesenhado): Fundição, forjamento, etc.

• Processos aditivos (algo é adicionado): Impressão 3D, etc.

A fabricação de aditivos descreve processos nos quais a peça a ser produzida é construída pela adição de material. A construção é feita em camadas. Isto envolve os dois aspectos seguintes:

1. O componente é composto por diferentes camadas. Normalmente o processo é realizado de baixo para cima. Simplificando, ele usa o mesmo princípio que para a construção de castelos de areia: Uma nova camada é aplicada a uma plataforma de construção para construir uma torre.

2. Diferentes processos ocorrem repetidamente em camadas (ou seja, uma após a outra). Isto envolve a alimentação do material, o derretimento (moldagem) e, finalmente, a ligação com as camadas anteriores. Estas etapas, chamadas cadeia de processo, são as mesmas independentemente da máquina que é utilizada para a fabricação de aditivos. A única diferença é a forma como as camadas individuais são criadas.

A fabricação de aditivos permite assim a criação de objetos 3D. Para tornar isto possível, a máquina requer primeiro as especificações de design 3D (“CAD tridimensional”) da peça a ser produzida. O respectivo conjunto de dados é composto pelos dados de contorno (comprimento x, altura y), o número de camadas (z) e a espessura da camada (dz). É tarefa do programa de computador correspondente dividir o modelo em camadas adequadas. O software transmite então o conjunto de dados para a máquina na forma de instruções de produção, por exemplo, a impressora para impressão em metal 3D.

Como Funciona?

Em quase todos os casos, a fabricação de um aditivo utiliza um leito de pó. Isto significa que um material em pó é introduzido em uma cama onde é processado posteriormente. Na impressão em metal 3D, por exemplo, um metal (ou vários metais) é reduzido a um pó antes de ser introduzido na câmara e reconstruído. A sinterização envolve o aquecimento de materiais sob pressão, mas não ao ponto de os derreter. A tecnologia laser torna possível a criação de geometrias tridimensionais através do uso de undercuts. Normalmente são utilizados lasers de CO2 ou fibra.

SLM: O pó é aquecido por um laser de fibra de alta energia e depois resfriado. A forma dos componentes é criada pela deflexão dos feixes de laser. O SLM está sendo usado com cada vez mais freqüência do que o SLS. Como não é aplicada pressão, os objetos apresentam uma maior resistência e, portanto, são mais duráveis. Este processo é frequentemente utilizado para a impressão em metal 3D.

EMD/ EBM: Em princípio, este método é semelhante ao SLM. No entanto, esta aplicação utiliza um feixe de electrões e não um feixe de laser. Todo o processo ocorre em um vácuo. O EMD é mais rápido que o SLM, mas menos preciso e tem um volume máximo de impressão menor. As máquinas EMD têm um diâmetro médio de 350 mm e uma altura de 380 mm. As máquinas SLM têm o dobro do tamanho. As EMD são particularmente uma tecnologia de fabricação de aditivos ideal sempre que peças pequenas têm que ser produzidas em grandes quantidades. Este processo também é freqüentemente usado para impressão de metais 3D.

Binder Jetting: O pó é depositado seletivamente com um agente aglutinante líquido para formar as camadas. Este processo tem a vantagem de permitir uma construção muito simples em diferentes cores.

Outros Processos de Fabricação

Estes quatro tipos de fabricação de aditivos podem ser complementados ou substituídos por outros processos. Isto aplica-se, por exemplo, a:

• Estereolitografia: Este é um caso clássico para a fabricação de aditivos. O processo já tinha sido desenvolvido por Chuck Hull em 1983. O objeto é gradualmente rebaixado para um banho de fotopolímero líquido. Ele é processado por um laser.

• Fused Layer Modelling (FLM): Este é o procedimento habitual para a impressão 3D (com plásticos). Este é um processo especial de extrusão no qual o material é “prensado” a partir de um bocal para se formar após o resfriamento. Como de costume, a extrusão é feita em camadas. Na indústria automotiva ou eletrônica, por exemplo, a FLM frequentemente complementa os objetos SLM. A impressão em metal 3D pode ser complementada pelo FLM, por exemplo.

Areas de aplicação

As áreas de aplicação dos processos de fabricação de aditivos podem ser divididas em três categorias. Estas aplicações são frequentemente equacionadas erroneamente com as tecnologias:

• Prototipagem rápida: A fabricação de aditivos é utilizada para permitir a construção rápida de um modelo. Deve haver modelos físicos disponíveis numa fase inicial do desenvolvimento de um produto. A prototipagem rápida permite que estes modelos sejam produzidos de uma forma particularmente fiável.

• Ferramental Rápido: Na Alemanha, as ferramentas de pequenas séries para moldagem por injeção e fundição de metais são normalmente produzidas por meio de impressão de metal em 3D.

• Fabricação Rápida: Isto envolve a produção rápida de objetos que são usados como produtos finais ou componentes. Ao contrário da prototipagem rápida, não são gerados modelos, mas sim peças prontas a usar.

Pros e Cons de Fabricação de Aditivos

Quais são as vantagens da fabricação de aditivos?

• Individualização

• Grande liberdade de desenho

• Velocidade

• Sem ferramentas e sem necessidade de moldes

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Uma das vantagens mais importantes se os objectos puderem ser personalizados conforme desejado. Por exemplo, é possível produzir paredes com espessuras variadas, estruturas muito finas ou dimensões muito pequenas. Além disso, é possível realizar geometrias complexas utilizando a impressão em metal 3D, o que não seria possível utilizando outros processos de fabricação. Isto inclui, por exemplo, cavidades, undercuts, canais com arcos ou sobreposições. Antigamente, o desenho de um objeto tinha que seguir as limitações das possibilidades de manufatura. Esta restrição é largamente eliminada com a fabricação de aditivos e, portanto, é uma grande vantagem, especialmente na impressão em metal 3D. Além disso, a fabricação aditiva de um objeto geralmente leva apenas algumas horas, enquanto outros processos de fabricação levam dias ou semanas.

A fabricação aditiva também tem as seguintes desvantagens:

• Acabamento inevitável

• Precisão limitada para produção em massa industrial

Se um objeto requer uma certa qualidade de superfície, o pós-processamento é inevitável. O mesmo se aplica se certas tolerâncias devem ser mantidas. Ainda não existe uma norma para isso (ISO/ASTM 52195 poderia, no entanto, ser mais elaborada de forma correspondente). Especialmente no caso da impressão em metal 3D, o acabamento pode ser extremamente demorado.

Por exemplo, a impressão em metal 3D geralmente permite um máximo de dois objetos a serem produzidos em uma máquina ao mesmo tempo. Os métodos convencionais de fabrico, por outro lado, permitem produzir quantidades muito maiores. Para a produção industrial em massa, a fabricação de aditivos só é, portanto, adequada até certo ponto. O melhor exemplo disso é a produção automotiva: Teoricamente, um veículo inteiro pode ser produzido através da produção de aditivos. Devido ao grande número de componentes, no entanto, isto seria demasiado caro. Por esta razão, a maioria dos componentes continua a ser fabricada com métodos convencionais.

Dualidade de Custos

A questão do investimento é um tema controverso, de acordo com os especialistas. Porque a faixa de preço dos custos de aquisição de uma máquina varia de 15 euros a mais de 100.000 euros. Em comparação com outras máquinas, isto não é particularmente caro. Este ainda é o caso se os custos de manutenção forem incluídos. Especialmente na tecnologia médica, a fabricação de aditivos oferece, portanto, uma vantagem significativa em termos de custos. As coisas são diferentes nas aplicações industriais. Nesta área, por exemplo, a impressão de metais 3D complementa os sistemas de produção convencionais. No entanto, eles não podem substituí-los completamente. Aqui, a fabricação de aditivos causa custos adicionais.

A fabricação de aditivos no futuro

A fabricação de aditivos tem um grande futuro pela frente. A SAMG resumiu-o desta forma: O desenvolvimento atual da fabricação de aditivos já superou as previsões feitas em estudos realizados em anos anteriores. Instituições de pesquisa renomadas, como a ETH Zurich, estão convencidas de que a impressão em metal 3D se tornará cada vez mais importante na engenharia mecânica e na fabricação de ferramentas. O objetivo é que a fabricação de aditivos se torne rápida e precisa o suficiente para ser adequada à produção em série. Atualmente, as possibilidades de fabricação de aditivos ainda competem com as máquinas controladas por CNC, que ainda são mais adequadas para a produção em série. O objetivo a longo prazo é que a impressão em metal 3D de objetos complexos ultrapasse o CNC no futuro.

A indústria espacial e aeronáutica é responsável pelo sucesso da utilização da impressão 3D. No sector automóvel, as peças sobressalentes em particular são fabricadas utilizando aditivos. Aqui você encontrará mais informações sobre o uso de fabricação de aditivos em uma visão geral do artigo.

Este artigo foi publicado pela primeira vez pela MM International.