A manufatura aditiva tomou o mundo de assalto, e a técnica de pó para PBF é um ator importante nessa revolução. Este artigo mergulha fundo no mundo dos pós metálicos usados no PBF, explorando seus tipos, composições, características, aplicações e muito mais. Não importa se você é um profissional experiente ou um iniciante curioso, este guia abrangente fornecerá percepções valiosas e conhecimento prático.
Visão geral de Pó para a técnica PBF
Powder Bed Fusion (PBF) é uma categoria de manufatura aditiva que inclui várias tecnologias, como Selective Laser Melting (SLM) e Electron Beam Melting (EBM). A PBF envolve a fusão de camadas de material em pó para criar peças complexas e precisas. A escolha do pó metálico é crucial, pois afeta diretamente a qualidade, a resistência e o desempenho do produto final.
Tipos de pó para a técnica PBF
Para entender melhor o panorama dos pós metálicos usados em PBF, vamos nos aprofundar em modelos específicos e suas descrições detalhadas.
| Pó metálico | Composição | Propriedades | Formulários |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Liga de titânio (90% Ti, 6% Al, 4% V) | Alta resistência, baixo peso, resistente à corrosão | Aeroespacial, implantes médicos, automotivo |
| Aço inoxidável 316L | Liga de ferro (16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo) | Resistente à corrosão, boas propriedades mecânicas | Dispositivos médicos, equipamentos de processamento de alimentos |
| AlSi10Mg | Liga de alumínio (90% Al, 10% Si, 0,3-0,5% Mg) | Leve, com boas propriedades térmicas | Automotivo, aeroespacial, bens de consumo |
| Inconel 718 | Liga de níquel (50-55% Ni, 17-21% Cr, 4,75-5,5% Nb) | Resistência a altas temperaturas, boa soldabilidade | Aeroespacial, energia, automotivo |
| Aço Maraging 1.2709 | Liga de ferro (18% Ni, 9% Co, 5% Mo, 0,2% Ti) | Alta resistência, dureza e tenacidade | Ferramental, aeroespacial, automotivo |
| CoCrMo | Liga de cobalto (60% Co, 27-30% Cr, 5-7% Mo) | Resistente ao desgaste, biocompatível | Implantes médicos, aplicações odontológicas |
| Cobre C18150 | Liga de cobre (99,85% Cu, 0,15% Zr) | Alta condutividade térmica e elétrica | Componentes elétricos, gerenciamento térmico |
| AlSi12 | Liga de alumínio (87-89% Al, 10-12% Si) | Alta relação resistência/peso, boas propriedades de fundição | Automotivo, aeroespacial |
| Hastelloy X | Liga de níquel (47-50% Ni, 20-23% Cr, 8-10% Mo) | Resistente à oxidação e à corrosão em altas temperaturas | Aeroespacial, processamento químico |
| Aço ferramenta H13 | Liga de ferro (0,4% C, 5% Cr, 1,3% Mo, 1% V) | Alta resistência ao desgaste, estabilidade térmica | Ferramentas, moldes, matrizes |
Composição de Pó para a técnica PBF
Compreender a composição desses pós metálicos é essencial para selecionar o material certo para seu projeto. A mistura exclusiva de elementos de cada pó confere propriedades específicas que o tornam adequado para diferentes aplicações.
| Pó metálico | Elementos principais | Elementos secundários | Impurezas |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Titânio, alumínio, vanádio | Ferro, oxigênio | Carbono, nitrogênio |
| Aço inoxidável 316L | Ferro, cromo, níquel | Molibdênio, Manganês, Silício | Fósforo, enxofre |
| AlSi10Mg | Alumínio, silício, magnésio | Ferro, cobre | Titânio, zinco |
| Inconel 718 | Níquel, cromo, nióbio | Molibdênio, titânio, alumínio | Carbono, cobalto |
| Aço Maraging 1.2709 | Ferro, níquel, cobalto, molibdênio | Titânio, alumínio | Carbono, silício |
| CoCrMo | Cobalto, cromo, molibdênio | Níquel, ferro | Manganês, silício |
| Cobre C18150 | Cobre, zircônio | – | Ferro, chumbo |
| AlSi12 | Alumínio, silicone | Ferro, cobre | Manganês, Zinco |
| Hastelloy X | Níquel, cromo, molibdênio | Ferro, cobalto | Manganês, silício |
| Aço ferramenta H13 | Ferro, cromo, molibdênio, vanádio | Carbono, silício, manganês | Fósforo, enxofre |
Características de Pó para a técnica PBF
Cada tipo de pó metálico usado no PBF tem características distintas que o tornam adequado para aplicações específicas. Aqui, exploramos essas propriedades em detalhes.
| Pó metálico | Densidade (g/cm³) | Ponto de fusão (°C) | Resistência à tração (MPa) | Alongamento (%) | Dureza (HV) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 4.43 | 1660 | 900-1100 | 10-15 | 330 |
| Aço inoxidável 316L | 7.99 | 1375-1400 | 480-620 | 30-40 | 200 |
| AlSi10Mg | 2.68 | 570-580 | 300-350 | 5-10 | 120 |
| Inconel 718 | 8.19 | 1260-1336 | 965-1241 | 10-20 | 330 |
| Aço Maraging 1.2709 | 8.0 | 1413 | 2000-2500 | 5-10 | 500 |
| CoCrMo | 8.29 | 1330-1390 | 900-1300 | 10-20 | 500 |
| Cobre C18150 | 8.96 | 1083 | 350-410 | 20-30 | 110 |
| AlSi12 | 2.68 | 570-580 | 200-300 | 5-10 | 80 |
| Hastelloy X | 8.22 | 1260-1350 | 700-1000 | 30-40 | 200 |
| Aço ferramenta H13 | 7.80 | 1425-1530 | 1000-1200 | 10-15 | 600 |
Aplicações do pó para a técnica PBF
Os pós metálicos para PBF têm diversas aplicações em vários setores. Aqui está uma visão mais detalhada de onde cada tipo de pó se destaca.
| Pó metálico | Setor | Aplicativos específicos |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Aeroespacial, Médico | Componentes de aeronaves, implantes |
| Aço inoxidável 316L | Médico, Alimentos | Instrumentos cirúrgicos, equipamentos de processamento de alimentos |
| AlSi10Mg | Automotivo, aeroespacial | Peças leves, protótipos |
| Inconel 718 | Aeroespacial, Energia | Lâminas de turbina, motores de foguete |
| Aço Maraging 1.2709 | Ferramental, Aeroespacial | Ferramentas de alta resistência, componentes estruturais |
| CoCrMo | Médico, odontológico | Substituições de articulações, próteses dentárias |
| Cobre C18150 | Elétrica, térmica | Conectores elétricos, trocadores de calor |
| AlSi12 | Automotivo, aeroespacial | Componentes do motor, suportes |
| Hastelloy X | Aeroespacial, Química | Câmaras de combustão, reatores químicos |
| Aço ferramenta H13 | Ferramentas, moldagem | Moldes de injeção, matrizes de fundição sob pressão |
Graus de Pó para a técnica PBF
Diferentes graus de pós metálicos garantem que o material certo seja escolhido para aplicações específicas. Aqui estão alguns dos graus disponíveis para os pós comumente usados.
| Pó metálico | Notas | Descrição |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 5ª série, 23ª série | Versões intersticiais padrão e extrabaixa |
| Aço inoxidável 316L | 316L, 316LVM | Versões com baixo teor de carbono e fundidas a vácuo |
| AlSi10Mg | Padrão | Grau comumente usado |
| Inconel 718 | AMS 5662, AMS 5663 | Classes aeroespaciais e de alta temperatura |
| Aço Maraging 1.2709 | Padrão | Grau comumente usado |
| CoCrMo | F75, F1537 | Classes de implantes médicos |
| Cobre C18150 | Padrão | Grau comumente usado |
| AlSi12 | Padrão | Grau comumente usado |
| Hastelloy X | AMS 5754, UNS N06002 | Classes de alta temperatura e resistentes à corrosão |
| Aço ferramenta H13 | Padrão, H13 ESR | Versões comuns e refinadas por eletroescória |
Especificações, tamanhos e padrões
Cada tipo de pó metálico vem com padrões e tamanhos específicos para atender aos requisitos do setor.
| Pó metálico | Tamanho da partícula (µm) | Padrões | Fornecedor | Preço (por kg) |
|---|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 15-45 | ASTM B348, ASTM F2924 | EOS, Arcam, AP&C | $300 – $500 |
| Aço inoxidável 316L | 15-45 | ASTM A276, ASTM F138 | GKN, Sandvik, Carpenter | $100 – $150 |
| AlSi10Mg | 20-63 | DIN EN 1706, ASTM B361 | Soluções SLM, EOS | $80 – $120 |
| Inconel 718 | 15-45 | AMS 5662, AMS 5663 | Praxair, Sandvik, LPW | $150 – $250 |
| Aço Maraging 1.2709 | 15-45 | AMS 6512 | Carpinteiro, Sandvik | $200 – $300 |
| CoCrMo | 20-63 | ASTM F75, ASTM F1537 | Carpinteiro, EOS | $200 – $400 |
| Cobre C18150 | 15-45 | ASTM B124, ASTM B152 | Sandvik, Carpinteiro | $50 – $100 |
| AlSi12 | 20-63 | DIN EN 1706 | EOS, Soluções SLM | $70 – $110 |
| Hastelloy X | 15-45 | AMS 5754, UNS N06002 | Praxair, Sandvik | $200 – $300 |
| Aço ferramenta H13 | 20-63 | ASTM A681 | Carpinteiro, Sandvik | $100 – $200 |
Prós e contras do pó para a técnica PBF
Ao escolher o pó metálico certo, é essencial pesar as vantagens e desvantagens de cada opção.
| Pó metálico | Prós | Contras |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Alta relação resistência/peso, resistente à corrosão | Caro, difícil de processar |
| Aço inoxidável 316L | Excelente resistência à corrosão, biocompatível | Menor resistência em comparação com algumas ligas |
| AlSi10Mg | Leve, com boa condutividade térmica | Menor resistência e dureza |
| Inconel 718 | Resistência a altas temperaturas, boa soldabilidade | Caro, difícil de usinar |
| Aço Maraging 1.2709 | Resistência extremamente alta, boa usinabilidade | Caro, requer tratamento térmico |
| CoCrMo | Alta resistência ao desgaste, biocompatível | Caro, difícil de processar |
| Cobre C18150 | Excelente condutividade térmica e elétrica | Macio, sujeito a desgaste |
| AlSi12 | Boas propriedades de fundição, leveza | Menor resistência e dureza |
| Hastelloy X | Excelente resistência à oxidação e à corrosão | Caro, difícil de usinar |
| Aço ferramenta H13 | Alta resistência ao desgaste, estabilidade térmica | Caro, requer tratamento térmico |
Escolhendo o pó certo para o PBF
A seleção do pó certo envolve a consideração de vários fatores, incluindo propriedades do material, requisitos de aplicação e custo. Aqui está uma comparação para ajudá-lo a decidir.
| Fator | Ti-6Al-4V | Aço inoxidável 316L | AlSi10Mg | Inconel 718 | Aço Maraging 1.2709 | CoCrMo | Cobre C18150 | AlSi12 | Hastelloy X | Aço ferramenta H13 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Força | Alta | Médio | Médio | Alta | Muito alta | Alta | Médio | Médio | Alta | Alta |
| Peso | Baixa | Médio | Baixa | Médio | Médio | Alta | Alta | Baixa | Alta | Médio |
| Resistência à corrosão | Alta | Muito alta | Médio | Alta | Médio | Muito alta | Baixa | Médio | Muito alta | Médio |
| Condutividade térmica | Médio | Baixa | Alta | Médio | Baixa | Baixa | Muito alta | Alta | Médio | Baixa |
| Custo | Alta | Médio | Baixa | Alta | Alta | Alta | Baixa | Baixa | Alta | Médio |
perguntas frequentes
| Pergunta | Resposta |
|---|---|
| O que é PBF na manufatura aditiva? | O PBF (Powder Bed Fusion, fusão em leito de pó) é um tipo de manufatura aditiva em que uma fonte de calor, como um laser ou feixe de elétrons, funde o material em pó camada por camada para criar um objeto 3D. |
| Quais são os principais tipos de PBF? | Os principais tipos de PBF são a fusão seletiva a laser (SLM) e a fusão por feixe de elétrons (EBM). O SLM usa um laser como fonte de calor, enquanto o EBM usa um feixe de elétrons. |
| Por que a escolha do pó é importante? | A escolha do pó afeta as propriedades mecânicas, o acabamento da superfície e a qualidade geral da peça impressa. Diferentes pós oferecem níveis variados de força, condutividade térmica, resistência à corrosão e outras propriedades que são cruciais para aplicações específicas. |
| Como a qualidade do pó é controlada? | A qualidade do pó é controlada por meio de várias medidas, como a distribuição do tamanho das partículas, a composição química e a pureza. Os fabricantes usam padrões como ASTM e ISO para garantir a consistência e a confiabilidade de seus pós. |
| É possível misturar pós diferentes? | Em geral, a mistura de diferentes pós não é recomendada, pois pode levar a propriedades inconsistentes e à baixa qualidade das peças. No entanto, em algumas configurações experimentais e de pesquisa, misturas personalizadas podem ser usadas para obter propriedades específicas. |
| Quais são os desafios comuns do PBF? | Entre os desafios comuns estão a reciclagem de pó, o controle da porosidade, a obtenção de uma ligação consistente das camadas e o gerenciamento das tensões residuais. Técnicas avançadas e controle cuidadoso do processo são essenciais para superar esses desafios. |
| Como o pó é reciclado no PBF? | O pó não utilizado pode ser coletado e reutilizado em construções subsequentes, mas deve ser cuidadosamente peneirado e testado para garantir que atenda aos padrões de qualidade. Com o tempo, o pó reciclado pode se degradar, exigindo a mistura de pó novo para manter a qualidade. |
| Quais são os impactos ambientais? | As técnicas de PBF podem ser mais sustentáveis do que os métodos tradicionais de fabricação devido à redução do desperdício de material e à capacidade de reciclar o pó. Entretanto, o consumo de energia das máquinas e a necessidade de ambientes com gás inerte (em alguns casos) podem causar impactos ambientais que precisam ser gerenciados. |
| Quais setores se beneficiam mais do PBF? | Os setores aeroespacial, médico e automotivo se beneficiam significativamente do PBF devido à capacidade de produzir peças complexas, de alta resistência e leves que são difíceis ou impossíveis de serem feitas usando métodos de fabricação tradicionais. |
| Como escolho o pó certo para o meu projeto? | Considere os requisitos específicos de sua aplicação, como propriedades mecânicas, condutividade térmica, resistência à corrosão e custo. Analise as folhas de dados do material e consulte os fornecedores de pó ou especialistas para tomar uma decisão informada. |
Conclusão
Navegar pelo mundo dos pós metálicos para a técnica PBF pode ser complexo, mas é fundamental compreender os tipos, as composições, as características e as aplicações desses pós. Ao pesar os prós e os contras e considerar as necessidades específicas do seu projeto, você pode tomar uma decisão informada que garanta o sucesso de seus esforços de manufatura aditiva. O futuro da manufatura é, sem dúvida, brilhante com os avanços contínuos na tecnologia PBF e no desenvolvimento de pós metálicos.