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Processos de Manufatura Aditiva com Laser

Atualizado: Jan 21

Há diversos processos de impressão 3D no mercado. Nesse post produzimos um conteúdo por um ponto de vista mais técnico sobre a sinterização e fusão seletiva a laser, que são métodos com utilização de leito de pó que desenvolvemos na Alkimat.


A Manufatura Aditiva com Laser vem nos últimos anos ocupando um espaço de mercado cada vez mais importante. Pode-se falar sem medo de errar que a impressão 3D com laser para o setor médico-odontológico e o setor aeroespacial já é uma realidade. As empresas fornecedoras de equipamentos e insumos apresentam produtos maduros fabricados com manufatura aditiva a Laser com aplicações típicas, por exemplo, em protótipos completamente funcionais, ferramentas de produção, moldes e insertos, tubulações especiais, peças de reposição, trocadores de calor e catalisadores. Entretanto, aqueles que não estão diretamente ligados ao mercado de Manufatura Aditiva (MA) podem ficar perdidos na hora de pesquisar sobre o tema já que existem diversos métodos de fabricação 3D na indústria. Se você ainda não conhece nada sobre o tema, sugiro ler esse outro post.


Nosso objetivo agora é esclarecer para você os processos de MA com Laser, pois desenvolvemos os equipamentos de sinterização e fusão seletiva a laser utilizados na Alkimat.


Na imagem a seguir elaboramos um fluxograma para que você visualize as duas principais vertentes de MA com laser: as tecnologias com leito de pó e a com deposição direta de energia. Em seguida descrevo os processos com mais detalhes.


Fluxograma dos processos de MA de Metais com Laser


Sinterização Seletiva a Laser (SLS)


A tecnologia normalmente se caracteriza pela deposição do material em pó polimérico em camadas muito finas entre 0,050 mm e 0,2 mm em uma plataforma de fabricação. Cada camada é então pré-aquecida por lâmpadas de infravermelho e depois seletivamente sinterizada por um feixe laser, sucessivamente, até se obter a forma tridimensional do objeto. No final, se obtêm peças poliméricas com boa qualidade de acabamento e detalhes que podem ser utilizadas em diversas aplicações finais de engenharia por suas características de resistência mecânica e química. Dentre os materiais aplicados nesse processo estão poliamidas, polietilenos e polipropilenos. Basicamente polímeros com fases semi-cristalinas e que possuem pontos de transição e de fusão bem definidos.


Peças fabricadas com poliamida (PA) pela Alkimat


O método de SLS indireto


Apesar dos polímeros serem sua aplicação mais convencional, a SLS pode utilizar materiais compósitos, que são formados por polímeros e metais/cerâmicas. Os polímeros servem, neste caso, como uma "cola" para o metal e a cerâmica, já que os dois não são fundidos durante esse processo. O resultado é uma peça verde que é levada a outros processos convencionais para que haja a remoção do polímero e a posterior sinterização do metal e da cerâmica. A vantagem é utilizar o amplo conhecimento adquirido durante anos de pesquisa em metalurgia do pó para melhor controle da resistência mecânica das peças metálicas e também permitir uma maior produtividade em razão da menor energia necessária para sinterizar o polímero em comparação com os metais.



Engrenagem já sinterizada em forno convencional (à direita) e gimbal à verde (à esquerda) Compósito Inox + PA


Fusão Seletiva a Laser (SLM)


Esse método é idêntico ao de SLS, porém utiliza pós metálicos sem ligantes ou fundentes e um laser mais potente eleva a temperatura do pó até o ponto de fusão do metal utilizado. É normal se utilizar camadas mais finas entre 0,020 e 0,1 mm. Nesse processo é possível obter densidades acima de 99%, nível de detalhamento mais elevado que o SLS e espessuras de parede muito finas. Somado a isso, é necessário pouco ou nenhum processamento posterior das peças dependendo da aplicação, porém não é raro as peças terem que passar por jateamento e recozimento em fornos para atingir requisitos de acabamento superficial e de resistência mecânica.


O processo de SLM tem ganhado muito espaço na indústria e é atualmente a "pepita de ouro" em congressos e outros eventos do setor por permitir gerar peças finais com geometrias complexas, que encontram aplicações em variadas indústrias, e resistência mecânica comparada a peças fundidas ou conformadas mecanicamente. A restrição de matéria prima é baixa, portanto pode-se encontrar pós comerciais de titânio, cromo-cobalto, aço inox, inconel, ouro, prata, latão, cobre e ligas de alumínio.


A seguir mostro alguns exemplo de peças impressas pelo processo de SLM por mim.



Brasão da República impresso em Aço Inox 316L pela Alkimat


Deposição Direta de Energia


Até então os processos citados são utilizados na Alkimat, entretanto também é importante mostrar o processo de Deposição Direta de Energia com laser. Esse processo utiliza arame ou pó metálico que são depositados enquanto são fundidos por um laser de altíssima potência. Esse método é similar ao popular método de impressão 3D de polímeros - que inclusive tenho em casa, porém esses são equipamentos que não custam somente $ 150 dólares na China, mas alguns milhões de reais, por requisitarem lasers de alta potência. A vantagem é imprimir peças muito rápido, mas com detrimento dos detalhes e do acabamento superficial quando comparado ao método de SLM.


E aí? Gostou de ficar um pouco mais por dentro da impressão 3D de metais com quem trabalha todos os dias na área? Deixe seu comentário ou suas dúvidas na seção abaixo que responderemos o quanto antes!



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