A demanda por componentes estruturais leves, de alto desempenho e sofisticados no setor aeroespacial cresce diariamente à medida que a tecnologia avança. Embora a ascensão da tecnologia de impressão 3D tenha trazido melhorias radicais ao sector da produção aeroespacial, as técnicas de produção convencionais têm por vezes restrições significativas nestes sectores. Entre eles, o progresso da tecnologia de impressão 3D aeroespacial tem sido muito facilitado pelo estudo e desenvolvimento de pós metálicos melhorados.
A impressão 3D, às vezes chamada de tecnologia de fabricação aditiva, é uma técnica de acumulação de material camada por camada para criar itens tridimensionais. A tecnologia de impressão 3D oferece melhor uso de materiais, ciclos de fabricação mais rápidos e mais liberdade de design do que a fabricação subtrativa convencional ou alternativas de fabricação de materiais iguais. A tecnologia de impressão 3D é amplamente aplicada em campos aeroespaciais, incluindo fabricação leve, otimização de componentes de motores, fabricação de drones e fabricação de componentes de aeronaves.
Particularmente na indústria aeroespacial, onde há grandes necessidades de desempenho do pó metálico, o pó metálico é uma matéria-prima crucial para a tecnologia de impressão 3D. Pós metálicos de alta qualidade exigem propriedades que incluem boa esfericidade, fluidez, distribuição adequada de tamanho de partícula e alta pureza. Estas propriedades influenciam diretamente a qualidade e o desempenho dos produtos impressos em 3D, de modo que o desenvolvimento de pós metálicos melhorados tornou-se o principal impulsionador para a melhoria da tecnologia de impressão 3D aeronáutica.
Duas técnicas de preparação frequentemente utilizadas no estudo e desenvolvimento de pós metálicos são o método de atomização de argônio por fusão por indução a vácuo (VIGA) e o método de eletrodo rotativo de plasma (PREP). O método PREP pode preparar pós metálicos com alta esfericidade, superfície lisa, distribuição estreita de tamanho de partícula de pó e boa fluidez, o que apresenta vantagens únicas no campo da impressão 3D; o método VIGA tem um alto rendimento de pó fino, mas apresenta problemas com pó oco e pó satélite. O desenvolvimento e a atualização de uma nova geração de tecnologia e equipamentos de pó de atomização com eletrodo rotativo de plasma ajudarão a aumentar o rendimento do pó fino e a eficiência da produção, melhorando assim a qualidade do pó PREP.
Além de melhorar a técnica de preparação, o desempenho do pó metálico é muito influenciado pela sua pureza. Para usos específicos, como aeroespacial, os consumidores têm padrões bastante exatos para a pureza do pó metálico. O teor de oxigênio do pó de liga de titânio é de {{0}},007% a 0,013%; o teor de oxigênio do pó de liga de alta temperatura precisa ser regulado entre 0,006% e 0,018%; e o teor de oxigênio do pó de aço inoxidável é de 0,010% a 0,025%. Esses rigorosos critérios de pureza garantem indicações importantes, como resistência mecânica de itens impressos em 3D, resistência à corrosão e desempenho em altas temperaturas.
A impressão 3D aeroespacial também depende muito da distribuição do tamanho das partículas do pó metálico. diversas técnicas de impressão 3D e métodos de modelagem exigem critérios variados de distribuição de tamanho de partícula de pó. Para impressão 3D de metal, a faixa de tamanho de partícula de pó mais utilizada atualmente é de 15–150 μm. Devido ao seu ponto fino e focado e à simples fusão do pó fino, as impressoras que funcionam com lasers como fontes de energia são apropriadas para empregar pós que variam de 15 a 53 μm; Impressoras que empregam feixes de elétrons como fontes de energia têm pontos de luz focados um pouco mais grosseiros, portanto são mais apropriadas para fundir pós grossos e para usar pós variando de 53 a 105 μm. pó com tamanho de partícula de 105–150 μm pode ser utilizado para impressoras de alimentação de pó coaxial.
Um outro determinante crucial da fluidez do pó metálico é a sua esfericidade. De um modo geral, a fluidez das partículas de pó é melhor quanto maior for a sua esfericidade. Para garantir uma distribuição e alimentação perfeitas do pó durante a impressão, a impressão 3D de pó metálico precisa de uma esfericidade superior a 98%. As principais técnicas de preparação para pós metálicos impressos em 3D de alta qualidade são técnicas de aerossolização e eletrodo rotativo; assim, a forma do pó produzido por estes dois processos é essencialmente esférica, satisfazendo os elevados critérios da impressão 3D.
Além do avanço da tecnologia de impressão 3D de aeronaves, a pesquisa e o desenvolvimento de novos pós metálicos apoiam a inovação e o desenvolvimento da tecnologia de metalurgia do pó. Usando técnicas que incluem prensagem e sinterização de pós metálicos, a metalurgia do pó é um método sofisticado de processamento de materiais que produz diferentes peças. A metalurgia do pó aeroespacial é amplamente aplicada para produzir construções leves e componentes de formatos complexos. A tecnologia de metalurgia do pó foi desenvolvida e refinada com o advento da tecnologia de impressão 3D, gerando assim uma tecnologia de fabricação de compósitos de "impressão 3D + metalurgia do pó".
Uma nova técnica que combina tecnologias de impressão 3D e metalurgia do pó é a impressão por extrusão de pó (PEP). Primeiro misturando consistentemente pós metálicos/cerâmicos com ligantes orgânicos para fazer pellets, esta técnica depois os molda usando uma impressora 3D, elimina os ligantes dos blanks produzidos e, por último, densifica-os através da sinterização para produzir produtos com desempenho consistente e excelente. Além da preparação sem molde, a tecnologia PEP aumenta a capacidade de processamento de componentes de alta dificuldade e alta complexidade, oferecendo assim uma solução de produção mais eficaz e flexível para o setor aeroespacial.
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