1. Propriedades e restrições dos materiais
Embora as ligas de alumínio sejam bastante populares, mas apresentem muitas dificuldades no processo de impressão 3D, os materiais normalmente utilizados na impressão 3D de metal são ligas de titânio, ligas de alta temperatura e ligas de cobre. A baixa absorção do laser e a grande condutividade térmica da liga de alumínio causam notável perda de energia e baixa eficiência de formação. Além disso, as ligas de alumínio são propensas à deformação e ao acúmulo de tensão durante a deposição a laser; portanto, outras medidas preventivas devem ser executadas para impedir a fissuração da peça.
Difícil de remover e influencia a qualidade dos componentes, a liga de alumínio também é propensa a reagir com o oxigênio durante a deposição direta do laser para formar Al ₂ O ∙ de alto ponto de fusão. Elementos de liga de baixo ponto de ebulição (como Zn e Si) em ligas de alumínio são propensos a queimar durante a deposição a laser, o que altera a composição da liga e, assim, influencia a microestrutura e as características dos componentes. Os limites destas qualidades materiais restringem o uso de ligas de alumínio na impressão 3D de peças de naves espaciais.
2. Desvantagens das Metodologias de Fabricação
Além disso, com a própria impressão 3D de metal, surgem algumas restrições no processo de fabricação. Uma das tecnologias de impressão 3D de metal mais utilizadas, por exemplo, a tecnologia Laser Powder Bed Melting (L-PBF) tem eficiência de produção bastante baixa, especialmente em operações de pós-processamento envolvendo peças geométricas complexas. Durante a usinagem CNC, quanto mais difícil for identificar e fixar, mais complicada será a forma geométrica da peça, aumentando assim os custos de fabricação e o tempo envolvido.
Além disso, durante o processo de impressão 3D de metal são produzidos fumaça e respingos, que podem influenciar a reutilização do pó e aumentar as despesas de produção. O desempenho e a qualidade dos produtos acabados são muito influenciados pelas ações de pós-processamento, incluindo remoção de partículas, tratamento térmico, usinagem e polimento de superfície. Principalmente para componentes estruturais intrincados criados por fusão em leito de pó, as técnicas de remoção de suporte ao processo são poucas e alicates são comumente utilizados para remoção, o que aumenta o risco de deformação e danos às peças e dificulta a garantia da consistência da qualidade.
3. Orientações e dificuldades para desempenho físico
Baixa densidade, grande módulo de elasticidade, forte resistência e grande tenacidade definem padrões de desempenho físico muito elevados para componentes de naves espaciais. Esses critérios restringem a escolha do material de impressão 3D metálico e a abordagem de design. Por exemplo, embora a liga de alumínio tenha baixa densidade, as restrições físicas durante o seu processo de impressão 3D tornam um desafio satisfazer os critérios de alta resistência e grande tenacidade.
Além disso, a operação a longo prazo dos componentes da nave espacial em órbita exige condições ambientais robustas, incluindo alta temperatura, baixa temperatura, vácuo e radiação. Estes elementos ambientais impõem expectativas bastante elevadas sobre a estabilidade dos materiais. Mudanças na microestrutura e na composição de fases do material podem resultar da impressão 3D do metal, influenciando assim sua estabilidade e confiabilidade a longo prazo.
4. Preocupações com certificação técnica e grau de maturidade
Embora a tecnologia de impressão 3D metálica tenha amplas possibilidades de utilização no design de componentes de naves espaciais, seu desenvolvimento tecnológico ainda precisa ser aprimorado. A falta de certificação faz com que muitas ligas de fabricação aditiva sejam um desafio para serem adotadas pelo setor aeroespacial. O procedimento de certificação apresenta desafios para o avanço e uso de novas tecnologias, pois exige tempo e muitos dados experimentais para embasá-lo.
Ao mesmo tempo, a escolha da técnica de impressão 3D em metal é uma tarefa difícil. Elementos de projeto, entradas de processo, restrições de processo, preocupações metalúrgicas e geométricas, entre outros fatores, devem ser levados em consideração. Esses elementos interagem para complicar e desafiar a escolha do processo.
5. Direção do desenvolvimento futuro
Embora a impressão 3D de metal tenha diversas restrições físicas, suas possibilidades de aplicação no design de componentes de naves espaciais ainda são bastante amplas. O seguinte poderia fazer parte da direção futura do desenvolvimento:
Desenvolvimento de materiais novos: Crie materiais novos mais adequados para impressão 3D, incluindo ligas de titânio, ligas de alta temperatura e ligas de alumínio de alto desempenho. As excelentes qualidades físicas e de processamento destes novos materiais deverão ajudar a satisfazer as rigorosas necessidades dos componentes das naves espaciais.
Melhoria de processos: O aprimoramento das atuais técnicas de impressão 3D ajudará a aumentar a qualidade dos componentes e a eficiência de fabricação. Por exemplo, a eficiência de formação e o desempenho das peças podem ser aumentados maximizando os parâmetros do laser, as propriedades do pó e as técnicas de pós-processamento.
A certificação técnica é Estabelecer todo um sistema e padrões de certificação, fortalecendo assim os esforços de certificação para tecnologia de impressão 3D de metal. Isto apoiará a implementação e difusão de novas tecnologias no setor aeroespacial.
Fortalecer a cooperação multidisciplinar em domínios que incluem ciência dos materiais, engenharia mecânica e ciência da computação para abordar de forma colaborativa as restrições físicas e os obstáculos tecnológicos da impressão 3D de metal no design de componentes de naves espaciais.
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