Princípios e classificação da tecnologia de impressão 3D de metal
Ao empilhar camadas ou fios metálicos, camada por camada, as tecnologias de impressão 3D de metal transformam modelos CAD em modelos reais. A Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS), a primeira patente de impressão 3D de metal, foi obtida na década de 1990 pela EOS Alemanha. Essas quatro técnicas - fusão em leito de pó, pulverização de adesivo, deposição de energia direta e extrusão de material - definem principalmente a impressão 3D de metal como é agora.
DMLS, fusão seletiva a laser (SLM) e fusão por feixe de elétrons (EBM) juntas constituem a fusão em leito de pó. Essas tecnologias são construções camada por camada usando feixes de laser ou elétrons, derretendo pó metálico. Enquanto o EBM pode produzir quase qualquer forma geométrica com grande precisão, incluindo materiais desafiadores para usinar, como ligas de titânio e ligas de níquel para altas temperaturas, o DMLS pode ser usado para construir objetos a partir de quase qualquer liga metálica, o SLM gera objetos impressos que são bastante densos e fortes .
Usando jato de tinta para espalhar adesivo sobre um leito de pó metálico, a pulverização de adesivo - como fusão de jato múltiplo (MJF) e pulverização de nanopartículas (NPJ - solidifica gradualmente o pó camada por camada, produzindo assim o produto inteiro. Peças maiores podem ser produzidas por este método , que pode funcionar à temperatura ambiente sem a necessidade de estruturas de suporte.
A deposição direta de energia abrange a deposição de material a laser (LMD), a fabricação aditiva de arco (WAAM) e a deposição direta de metal (DED). Esses métodos extrusam pó ou fio metálico e aplicam-no instantaneamente ao impacto de alta energia, derretendo e construindo camada por camada. Embora o LMD possa usar materiais de maneira eficaz para realizar impressões de alta densidade e alto desempenho mecânico, o DED pode restaurar peças metálicas quebradas e adicionar novos componentes.
Usando filamentos de polímero ou fios impregnados com pequenas partículas de metal para imprimir camada por camada e, posteriormente, derreter as partículas de metal em metal sólido por meio de procedimentos de desengorduramento e sinterização, a extrusão de materiais - como modelagem por deposição fundida (FDM) e fabricação de fusíveis (FFF - permite esse).
Impressão 3D de metal aplicada em design leve
Representada principalmente nos seguintes recursos, a tecnologia de impressão 3D de metal traz grandes benefícios no design leve de peças aeronáuticas.
Projeto de otimização estrutural: Formas geométricas complexas de peças, incluindo estruturas de treliça oca, construções reforçadas em sanduíche oco/paredes finas, estruturas integradas e estruturas otimizadas por topologia, podem ser fabricadas diretamente por impressão 3D de metal. Estas formas estruturais reduzem o uso de material enquanto preservam ou melhoram a resistência estrutural, atingindo assim um design leve.
Compreendendo painéis finos e núcleos grossos, a construção reforçada em sanduíche oco/parede fina pode distribuir tensões externas, aumentar a rigidez e a resistência à flexão e economizar peso.
Construção de rede vazia: Pode-se equilibrar resistência, rigidez e tenacidade variando a densidade relativa e o arranjo de células unitárias da rede, reduzindo assim o peso em mais de 70%.
Estruturado de forma holística Estrutura de otimização de topologia: Uso de métodos matemáticos para encontrar o projeto estrutural ideal, alterando a estrutura interna do objeto, minimizando o uso de material e mantendo a resistência estrutural. Mescle diversas peças em uma entidade, reduzindo assim estruturas de conexão, como flanges e soldas, simplificando o processo de montagem e otimizando o projeto funcional.
Melhorar o desempenho e escolher materiais: Os usos aeroespaciais seriam ótimos para uma variedade de ligas metálicas leves, incluindo ligas de titânio e ligas de alumínio, que têm alta resistência e baixa densidade e são, portanto, bastante apropriadas para a tecnologia de impressão 3D de metal. Além disso, são melhoradas as qualidades mecânicas e a durabilidade dos materiais por meio de parâmetros de impressão e técnicas de tratamento térmico ideais.
prototipagem e reparo rápidos: a fabricação rápida de peças de protótipos possibilitada pela tecnologia de impressão 3D de metal ajuda os designers a confirmar novas ideias de design. Simultaneamente, também pode encurtar os ciclos de reparo, reduzir os custos de produção, alcançar a fabricação rápida de componentes e o reparo exato de peças danificadas.
Situações particulares de aplicação
Usando a tecnologia de impressão 3D de metal, por exemplo, os motores de aeronaves podem produzir componentes estruturais complexos, incluindo câmaras de combustão e pás de turbinas. Esses componentes foram refinados para reduzir o consumo de material e, ao mesmo tempo, melhorar o desempenho e a durabilidade. Além disso, é possível com peças importantes, incluindo trem de pouso e suportes de aeronaves. Esses componentes não apenas são leves, mas também aumentam a capacidade de suporte de carga e a durabilidade por meio da otimização do projeto estrutural. A tecnologia de impressão 3D de metal também pode minimizar os custos de produção, simplificar as técnicas de fabricação e reduzir as estruturas e a complexidade da montagem.
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