Pós metálicos para impressoras 3D

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Índice

Pós metálicos para impressoras 3D são pós metálicos especiais usados como matérias-primas em vários processos de impressão 3D de metais. Esses pós permitem que peças e componentes metálicos complexos sejam fabricados camada por camada usando técnicas de manufatura aditiva.

Visão geral dos pós metálicos para impressoras 3D

Os pós metálicos para impressoras 3D apresentam características específicas que os tornam adequados para a manufatura aditiva em comparação com os pós metálicos convencionais:

  • Distribuição de tamanho de partícula mais fina
  • Morfologia esférica
  • Microestrutura e textura cristalográfica controladas
  • Composição química consistente
  • Fluidez e densidade de empacotamento otimizadas

Essas propriedades permitem que os pós sejam depositados com precisão e fundidos em peças precisas com propriedades mecânicas confiáveis.

Os pós metálicos mais comuns utilizados são:

  • Aço inoxidável
  • Alumínio
  • Ligas de titânio
  • Cobalto-cromo
  • Superligas de níquel
  • Ligas de cobre

Várias tecnologias de impressão 3D de metal usam processos de fusão de leito de pó, deposição de energia direcionada ou jato de aglutinante. O tipo de pó é selecionado com base na compatibilidade com o processo de impressão específico.

Tabela 1: Comparação dos processos de impressão 3D em metal

ProcessoDescriçãoMetais utilizados
Fusão de leito de póPó espalhado em camadas finas e derretido seletivamente por laser ou feixe de elétronsAço inoxidável, alumínio, titânio, ligas de níquel e cobalto
Deposição de energia direcionadaA fonte de energia térmica focalizada derrete o pó metálico injetado simultaneamenteAço inoxidável, titânio, alumínio, ligas de cobalto-cromo
Jateamento de ligantesO agente de ligação líquida une seletivamente as partículas de póAço inoxidável, aço para ferramentas, bronze, carboneto de tungstênio
Pó metálico para impressora 3d
Pós metálicos para impressoras 3D 3

Composições de pó metálico

Aqui estão algumas das ligas metálicas e suas composições comumente usadas na impressão 3D comercial:

Tabela 2: Composições comuns de pós metálicos

Liga metálicaElementos principaisExemplo de notas
Aço inoxidávelFe, Cr, Ni, Mo316L, 17-4PH, 15-5PH, 420
AlumínioAl, Si, Mg, CuAlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, AlSi12
TitânioTi, Al, VTi6Al4V, Ti6Al4V ELI
Cromo CobaltoCo, Cr, W, Ni, Fe, Si, Mn, CCoCr, CoCrMo
Superliga de níquelNi, Cr, Co, Mo, W, Al, Ti, TaInconel 625, Inconel 718
Liga de cobreCu, ZnCuSn10, CuCr1Zr

As proporções dos principais elementos de liga podem ser variadas para obter microestruturas específicas e propriedades mecânicas personalizadas. Também podem ser incluídos aditivos de traços para melhorar o desempenho.

Tabela 3: Faixas de composição elementar de ligas comuns

Liga metálicaComponentes principais (wt%)Componentes menores (wt%)
Aço inoxidável 316LCr 16-18, Ni 10-14, Mo 2-3C, Si, P, S < 0,1
Alumínio AlSi10MgAl bal., Si 9-11, Mg 0,2-0,45Fe < 0,55, Mn < 0,45, Ti < 0,15
Titânio Ti6Al4VAl 5,5-6,75, V 3,5-4,5Fe < 0,3, O < 0,2
CoCrMo cromo cobaltoCo bal., Cr 26-30, Mo 5-7Si < 1, Mn < 1, C < 0,35, Fe < 0,75
Liga de níquel Inconel 718Ni 50-55, Cr 17-21, Nb+Ta 4,75-5,5Mo 2,8-3,3, Ti 0,65-1,15

Propriedades do pó metálico

As propriedades dos pós metálicos determinam a qualidade da impressão, a funcionalidade da peça e a economia da produção:

Tabela 4: Principais propriedades dos pós metálicos para manufatura aditiva

PropriedadeFaixa típicaFunção
Tamanho da partícula10-75 μmAfeta a espessura da camada, a resolução de detalhes e a densidade
MorfologiaPredominantemente esféricoInfluencia o empacotamento, a capacidade de espalhamento e o fluxo
Densidade aparenteAté 80% de sólidosDetermina a quantidade necessária para construir peças
Densidade da torneiraAté 90% de sólidosIndica a eficiência da embalagem durante o processamento
Taxa de fluxoAté 50 s/50gGarante a distribuição uniforme do pó durante a impressão
Pureza químicaAté 99,9% de metal alvoEvita produtos de reação ou inclusões

As especificações dependem da qualidade exata da peça e das propriedades mecânicas necessárias.

Para a maioria dos metais em processos baseados em laser, o tamanho ideal do pó é de ~20-45 μm para otimizar a densidade da peça (>99%) e o acabamento da superfície (Ra 5-15 μm).

Os pós esféricos fluem e se espalham uniformemente. Formas irregulares afetam negativamente o empacotamento e causam defeitos. Os pós para jateamento de aglutinante podem ter de 10 a 100 μm, pois não há fusão.

As densidades aparentes e de tap mais altas levam a uma melhor utilização de pós metálicos caros durante a impressão. As densidades mais baixas causam desperdício excessivo.

O fluxo confiável garante camadas uniformes. Um fluxo ruim causa derretimento desigual e construções distorcidas. A absorção de umidade reduz muito a fluidez.

Até mesmo pequenas impurezas podem degradar as propriedades da liga ou entupir os bicos de impressão. O uso de matérias-primas de alta pureza é fundamental.

Tabela 5: Especificações do fornecedor para pós metálicos comuns

MaterialFaixa de tamanhoConteúdo de oxigênioDensidade da torneiraVazão
Aço inoxidável 316L15-45 μm< 0,1 wt%Até 4,2 g/cc< 40 s
AlSi10Mg25-55 μm< 0,45 wt%Até 2,7 g/cc< 32 s
Ti6Al4V10-75 μm< 0,13 wt%Até 2,7 g/cc< 50 s
CoCr20-63 μm< 0,1 wt%Até 4,4 g/cc< 60 s
Inconel 71810-45 μm< 0,04 wt%Até 4,5 g/cc< 45 s

Operar dentro da faixa recomendada garante a alta qualidade do produto. O excesso de variação pode causar defeitos.

Pó metálico para impressora 3d
Pós metálicos para impressoras 3D 4

Aplicações de pó metálico

Aqui estão alguns exemplos de aplicações de uso final que aproveitam as vantagens das peças metálicas impressas em 3D, juntamente com as ligas típicas utilizadas:

Tabela 6: Aplicações de uso final e ligas para peças de metal AM

SetorAplicativoMetais utilizadosBenefícios
AeroespacialLâminas de turbina, estruturas, antenasLigas de Ti, superligas de Ni, ligas de AlEconomia de peso, canais de resfriamento complexos
AutomotivoAlavancas de freio, pistões, coletoresLigas de alumínio, aço inoxidávelGanhos de desempenho, montagens consolidadas
MédicoImplantes ortopédicos, ferramentas cirúrgicasTi, CoCr, aço inoxidávelFormas específicas para cada paciente, biocompatibilidade
Petróleo e gásCorpos de válvulas, impulsores de bombasAço inoxidável, InconelResiste a ambientes extremos
ConsumidorJoias, arte decorativaLigas de ouro, prataGeometrias complexas, projetos personalizados

O aditivo de metal permite produtos mais leves e mais fortes, ideais para cada função, a custos mais baixos em comparação com os processos de fabricação tradicionais em cenários de produção de pequenos lotes.

Tabela 7: Destaques da impressão 3D de metal em relação aos métodos tradicionais

MétricoMetal AMUsinagem subtrativaFundição
Complexidade da peçaSem restriçõesLimitado pelo acesso à ferramentaRestrito por fungos
PersonalizaçãoAltere facilmente os designsNovos programas necessáriosRedesenhar padrões
Custos operacionaisBaixa até 10.000 peçasAltos custos de instalaçãoAltos custos de ferramentas
Propriedades mecânicasSimilar ou superiorDepende do métodoVaria, tratamento térmico

PERGUNTAS FREQUENTES:

P: Qual é a diferença entre pós metálicos elementares pré-ligados e misturados?

R: Os pós pré-ligados têm a composição da liga alvo pré-fabricada pelo fabricante, garantindo a homogeneidade química. Os pós elementares misturados consistem em pós de metal puro que são misturados nas proporções desejadas antes da impressão, combinando-se durante a fusão.

P: Como essas propriedades do pó são medidas e analisadas?

A: A distribuição do tamanho das partículas é quantificada pela análise de difração a laser. A morfologia e a microestrutura são estudadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. As densidades são medidas pelos instrumentos Hall flowmeter e tapped density tester de acordo com as normas ASTM. A análise química é feita usando absorção atômica ou espectroscopia de emissão e fusão de gás inerte para o conteúdo de oxigênio e nitrogênio.

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