A impressão 3D (também conhecida como fabricação aditiva) produz peças de modelos digitais usando um método camada por camada de materiais de construção. A impressão 3D é amplamente utilizada para produzir polímeros, metais, concreto e hidrogéis. O Metal AM pode produzir uma grande variedade de metais, mas o AM de alumínio é usado para desenvolver peças especificamente para as indústrias aeroespacial e automotiva.
Em particular, a fabricação de aditivos metálicos tem recebido muita atenção devido às suas vantagens em relação aos métodos tradicionais de fabricação, como fundição, formação e usinagem.
A fabricação de aditivos metálicos é utilizada nas indústrias aeroespacial, de petróleo e gás, marinha e automotiva devido a vantagens como liberdade de design de peças, complexidade parcial, leve, integração de peças e design funcional. Além disso, a fabricação aditiva é uma técnica de fabricação livre de ferramentas que pode produzir objetos metálicos totalmente densos com alta precisão em menos tempo.
Métodos utilizados em alumínio de impressão 3D
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) é um método para impressão 3D de alumínio com acabamento de superfície mais alto e alta precisão. O processo começa derretendo localmente o material usando um poderoso laser, que então forma uma camada contínua de metal solidificado. Nesta técnica, o suporte ao material e às peças são gerados simultaneamente e com base nas propriedades da liga à base de alumínio, os parâmetros do processo podem ser modificados para sintonizar as propriedades de porosidade, microestrutura e material final.
A fusão do leito de pó de feixe de elétrons é um método semelhante ao LPBF no qual um feixe de elétrons é usado para solidificar pós metálicos. Devido à alta temperatura de processamento do feixe de elétrons, a monocamada da peça impressa em 3D esfria gradualmente, resultando em uma microestrutura mais áspera em comparação com LPBF.
AlSi10Mg é uma liga de alumínio comumente usada em aplicações industriais de alumínio de impressão 3D. Suas vantagens são alta resistência, dureza, massa dinâmica, melhoria das propriedades térmicas e capacidade de construção.
AlSi7Mg é outra liga de aço de alta resistência usada em componentes estruturais nas indústrias aeroespacial, de defesa e automotiva. As principais vantagens do AlSi7Mg impresso em 3D são sua leve resistência à corrosão e alta capacidade dinâmica de carga.
Além disso, certos estudos demonstraram a impressão bem sucedida de Al6061 e Al7075, que antes eram considerados incompatíveis com métodos de fabricação aditivos metálicos.
A última pesquisa em alumínio de impressão 3D
Em um estudo recente publicado na revista Ceramics, pesquisadores na China imprimiram cerâmicas Al2O3 ligadas ao fosfato de alumínio usando um método de escrita direta de tinta. Sua principal descoberta foi que a cerâmica Al2O3 exibiu encolhimento dimensional ultra-baixo devido à adição de pastas inorgânicas.
Pesquisas recentes exploraram estruturas de sanduíches compostos de alumínio impressos em 3D para a indústria aeroespacial. A impressão 3D de estruturas de sanduíches compostos pode melhorar a sustentabilidade e a flexibilidade de fabricação na indústria aeroespacial.
Adicionar nanomateriais ao alumínio também é o mais recente tópico de pesquisa na impressão 3D metálica. Os nanomateriais melhoraram as propriedades mecânicas e térmicas do alumínio impresso em 3D, e a fusão de nanopartículas durante o processo de impressão 3D melhorou o desempenho do alumínio impresso em 3D.
Vantagens da impressão 3D de alumínio
A vantagem da impressão 3D de alumínio é que as propriedades mecânicas do alumínio podem ser alteradas alterando a microestrutura e distribuição da força interna. Pesquisas sobre impressão 3D de alumínio também demonstraram economia de material em comparação com métodos tradicionais. Indústrias de alta tecnologia que utilizam a fabricação aditiva metálica demonstraram fabricação mais rápida de peças complexas, maior resistência ao material e vantagens de ductilidade em comparação com os métodos tradicionais.
A fabricação aditiva de alumínio também permite a produção de estruturas altamente otimizadas que de outra forma seriam caras, demoradas ou até impossíveis de fabricar usando métodos tradicionais de fabricação. Além disso, peças de alumínio impressas em 3D podem ser usadas com outras peças para criar estruturas híbridas.
Utilizando impressão 3D de alumínio, também é possível fabricar peças estruturais com propriedades absorventes de energia e propriedades de reforço interno. Além disso, as tensões residuais indesejadas geradas em aplicações estruturais podem ser convertidas em prestresses favoráveis.
Desafios e escopo futuro da impressão 3D de alumínio
Desafios significativos permanecem na impressão 3D de alumínio para uma variedade de aplicações industriais. Em alguns casos, a impressão 3D de alumínio é mais cara do que os métodos tradicionais de produção. Na impressão 3D metálica, os métodos de projeto existentes devem ser modificados para acomodar mudanças nas propriedades do material e geometrias variáveis.
A tecnologia de fabricação de aditivos metálicos precisa ser mais padronizada, e novos procedimentos de garantia de qualidade precisam ser implementados para garantir que as peças fabricadas sejam confiáveis durante seu ciclo de vida. Enquanto esses desafios técnicos e industriais forem enfrentados, a impressão 3D de alumínio tem grande potencial para aplicações em diversos setores.