A impressão 3D também é conhecida como manufatura aditivae manufatura aditiva é um conceito proposto em oposição à manufatura subtrativa tradicional. Sabemos que a manufatura subtrativa é o processo de corte e sinterização de matérias-primas para a produção de peças. A metalurgia do pó e os processos de corte fazem parte da manufatura subtrativa. Então, o que significa a tecnologia de manufatura aditiva correspondente? E quais tecnologias são utilizadas na manufatura aditiva? Este artigo discutirá qual tecnologia é usada na impressão 3D?
O princípio da impressão 3D
Antes de responder à pergunta sobre qual tecnologia é usada na impressão 3D, é necessário entender os princípios da impressão 3D. A impressão 3D é uma tecnologia que usa arquivos de modelo digital como base para a construção de objetos, imprimindo camada por camada usando materiais ligáveis, como metal em pó ou plástico.
A impressão 3D é geralmente obtida usando impressoras de materiais de tecnologia digital. Muitas vezes é usado para fazer modelos na fabricação de moldes e design industrial e, gradualmente, para a fabricação direta de alguns produtos, e as peças foram impressas com essa tecnologia.
Em comparação com as tecnologias de impressão e processos de fabricação tradicionais, a impressão 3D possui vários recursos. Em primeiro lugar, a impressão é feita em uma única passagem, eliminando a necessidade de cortes e lixamentos repetidos, simplificando o processo de produção do produto e encurtando a produção
Isso simplifica o processo de produção e encurta o ciclo de produção. Em segundo lugar, o custo mais baixo, especialmente em termos de produção em lote, é uma vantagem de custo significativa em comparação com a fabricação tradicional. Finalmente, um maior grau de sofisticação do produto.
Tecnologias de impressão 3D
FDM
A modelagem por deposição fundida (FDM) é um método de aquecimento e fusão de vários materiais filamentosos fundidos a quente (cera, ABS e náilon, etc.) em forma e é um tipo de tecnologia de impressão 3D. O processo FDM utiliza as propriedades de fusão a quente e de ligação de materiais termoplásticos empilhados camada por camada sob controle PLC. Os materiais de base comuns incluem materiais termoplásticos, metais do sistema eutético, materiais comestíveis, etc.
EBF
A formação livre de feixe de elétrons (EBF) é um processo que usa um feixe de elétrons como fonte de calor para construir peças usando fios de metal fora do eixo. As peças quase formadas feitas por este processo de manufatura aditiva requerem acabamento subsequente usando um processo de redução.
A tecnologia EBF pode formar metais diretamente como alumínio, níquel, titânio ou aço inoxidável, e é possível misturar dois materiais ou incorporar um no outro. A tecnologia é adequada para quase todos os materiais de metal com liga.
DMLS
A sinterização direta a laser de metal é um processo usado para produzir moldes em massa para peças moldadas por injeção e para fabricar produtos de metal, mas também pode ser usado em tecnologias como extrusão ou moldagem por sopro e outros processos de plástico. O DMLS é adequado para impressão 3D de quase todas as ligas.
Electron Beam Melting (EBM) é uma tecnologia avançada emergente de manufatura aditiva de metal nos últimos anos. O princípio é importar os dados do modelo sólido 3D da peça para o equipamento EBM e, em seguida, colocar uma camada fina de pó metálico fino na câmara de trabalho do equipamento EBM. A alta densidade de energia gerada no ponto focal pela deflexão e foco do feixe de elétrons de alta energia faz com que a camada de pó de metal seja varrida para produzir altas temperaturas em pequenas áreas localizadas, resultando no derretimento das partículas de metal e no processo contínuo a varredura do feixe de elétrons fará com que as minúsculas poças de metal se fundam e se solidifiquem, conectando-se para formar camadas lineares e facetadas de metal.
A fusão seletiva a laser é uma das principais tecnologias utilizadas na fabricação aditiva de materiais metálicos. Ele usa um laser como fonte de energia e faz a varredura do leito de pó metálico, camada por camada, de acordo com o planejamento do caminho no modelo de corte CAD 3D. O pó metálico escaneado é derretido e solidificado para obter um efeito de ligação metalúrgica, resultando na peça de metal projetada pelo modelo. Adequado principalmente para impressão 3D em titânio, cobalto-cromo, aço inoxidável, alumínio, etc.
SLS
O processo SLS, também conhecido como sinterização seletiva a laser, foi desenvolvido em 1989 por CR Dechard na Universidade do Texas em Austin, EUA. O processo SLS usa material em pó para a conformação. O material em pó é espalhado na superfície superior da peça formada e nivelado com a raspagem; um laser de CO2 de alta intensidade é usado para varrer a seção transversal da peça sobre a nova camada recém-colocada; o material em pó é sinterizado sob a luz do laser de alta intensidade para obter uma seção transversal da peça, que é ligada à peça formada abaixo; quando uma camada da seção transversal foi sinterizada, uma nova camada de pó de material é colocada e a próxima camada da seção transversal é sinterizada seletivamente.
Acima, descrevemos algumas das tecnologias usadas na impressão 3D. Nos últimos anos, a tecnologia de impressão 3D mostrou fortes vantagens de aplicação em muitos campos, e muitas peças e produtos de precisão baseados na tecnologia de impressão 3D tiveram um impacto positivo na promoção do desenvolvimento industrial e da inovação.
Com o desenvolvimento de tecnologias complementares, mais materiais de impressão estarão disponíveis no futuro, e a impressão 3D reduzirá o custo do equipamento de impressão e aumentará a natureza humana e inteligente das operações de impressão, fornecendo assim suporte técnico para o desenvolvimento social e econômico.
Isso fornecerá suporte técnico para o desenvolvimento social e econômico.
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Frequently Asked Questions (Supplemental)
1) Which 3D printing technology should I choose for functional metal parts?
- Selective Laser Melting (SLM)/Direct Metal Laser Sintering (DMLS) or Electron Beam Melting (EBM) are best for end-use metal parts. SLM/DMLS offers finer features and smoother surfaces; EBM provides faster builds and lower residual stress for Ti alloys.
2) How do SLS and SLM differ in practice?
- SLS typically sinters polymers (PA12, TPU) or metal/polymer composites; SLM fully melts metal powders to near‑wrought density. SLS excels in durable polymer prototypes; SLM suits structural metal components.
3) What are typical build sizes and layer thicknesses across 3D printing?
- FDM: 100–400 μm layers; desktop to 300×300×400 mm. SLS: 80–150 μm; 300×300×400 mm common. SLM/DMLS: 20–60 μm; 250×250×300 mm up to >400 mm cubes. EBM: 50–100 μm; similar or larger build volumes.
4) How do material properties compare between AM and wrought?
- With optimized parameters and post‑processing (HIP/heat treatment), SLM/DMLS and EBM can reach ≥99.8% density and tensile properties close to or exceeding wrought in certain alloys (e.g., Ti‑6Al‑4V, 17‑4PH). Anisotropy and surface roughness must be managed.
5) What standards govern validation of 3D printed parts?
- ISO/ASTM 52900 series for terminology; 52904 (metal PBF); 52921 (design); ASTM F3122 (property reporting), F3301/F3303 (process control). Medical/aerospace add ISO 13485 or AS9100 quality systems.
2025 Industry Trends and Data
- Multi‑laser coordination: Advanced scan strategies reduce stitch defects and boost throughput in metal PBF.
- High‑throughput polymers: SLS with faster IR sources and automated powder handling lowers part cost.
- Copper and aluminum in PBF: Green/blue lasers improve conductivity parts yield for EV and thermal management.
- Software‑first workflows: Build simulation and in‑situ monitoring shorten qualification cycles.
- ESG reporting: Powder passports with recycled content and O/N/H data increasingly required in RFQs.
| KPI (3D Printing, 2025) | 2023 Baseline | 2025 Typical/Target | Tech area | Why it matters | Sources/Notes |
|---|---|---|---|---|---|
| Metal PBF layer thickness (μm) | 30–60 | 20–50 | SLM/DMLS | Feature resolution, density | ISO/ASTM 52904; OEM specs |
| As‑built density after HIP (%) | 99.5–99.8 | 99.8–99.95 | Metal PBF | Fatigue/leak‑tightness | OEM/peer‑reviewed data |
| Polymer SLS refresh ratio (new:used) | 30:70 | 20:80 | SLS | Cost, consistency | Vendor apps guides |
| Multi‑laser productivity gain | 20–40% | 35–60% | Metal PBF | Custo por peça | Machine vendors |
| Build failure rate with in‑situ monitoring | 8–12% | 3–6% | PBF/EBM | Rendimento | NIST AM Bench; case studies |
| Copper PBF conductivity vs. wrought | 80–90% IACS | 90–95% IACS | Green/blue laser PBF | Electrical performance | OEM test data |
Authoritative resources:
- ISO/ASTM 52900 family: https://www.iso.org
- ASTM F3122, F3301, F3303: https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov/ambench
- SAE AMS7000 series (AM metals): https://www.sae.org
- FDA AM guidance (medical devices): https://www.fda.gov
Latest Research Cases
Case Study 1: Blue‑Laser PBF for High‑Conductivity Copper Busbars (2025)
- Background: An EV supplier needed dense Cu components with >90% IACS conductivity for compact power modules.
- Solution: Blue‑laser PBF with high‑sphericity Cu powder (D50 ≈ 30 μm), optimized hatch and contour, in‑situ melt‑pool monitoring; stress relief and surface tumbling.
- Results: Density 99.7% as‑built; conductivity 92–94% IACS; scrap rate reduced from 11% to 4%; assembly footprint −18% due to integrated cooling features.
Case Study 2: Hybrid EBM + CNC for Ti‑6Al‑4V Orthopedic Implants (2024)
- Background: A medical OEM sought porous‑core stems with consistent osseointegration and tight taper fits.
- Solution: EBM lattices (pore 500–800 μm) fused to solid features; HIP + aging; precision CNC on taper surfaces; validated per ISO 10993 and ASTM F3001.
- Results: Shear strength across lattice/solid interface +22% vs. prior design; pore interconnectivity >95%; CT porosity <0.1%; regulatory submission time reduced by 3 months due to standardized datasets.
Expert Opinions
- Dr. Brent Stucker, Senior Director of Additive Manufacturing, Ansys
- Viewpoint: “Predictive simulation of distortion and melt‑pool behavior is now table stakes—closing the loop with in‑situ sensing cuts trial‑and‑error and qualifies builds faster.”
- Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy, University of Sheffield
- Viewpoint: “Alloy design tailored for PBF—especially for Al and Cu—removes fundamental printability barriers without sacrificing properties.”
- Dr. Laura Ely, Managing Director, AM Research Consortium (AMRC)
- Viewpoint: “Standardized test artifacts and powder passports are accelerating cross‑platform comparability and supplier qualification.”
Affiliation links:
- Ansys Additive: https://www.ansys.com
- University of Sheffield (Materials): https://www.sheffield.ac.uk
- AMRC: https://www.amrc.co.uk
Practical Tools/Resources
- Design/simulation: Ansys Additive; Autodesk Netfabb; Simufact Additive; nTopology for lattices
- Standards: ISO/ASTM 52900, 52904, 52910; SAE AMS7000 series
- Databases: Senvol Database (https://senvol.com/database) for machine/material/process data
- Metrology: CT scanning best practices (NPL, NIST); surface roughness and porosity guides
- QA/Monitoring: Sigma Additive Quality, EOS EOSTATE, Renishaw InfiniAM; powder passport templates
- Safety: NFPA 484 (combustible metals), ISO 80079 (explosive atmospheres), supplier SDS
Last updated: 2025-08-22
Changelog: Added 5 supplemental FAQs; included 2025 KPI table and trends; added two recent case studies (blue‑laser copper PBF; hybrid EBM+CNC implants); provided expert viewpoints with affiliations; compiled practical tools/resources for 3D Printing selection and validation.
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM standards update, major OEMs release new alloy/process parameters, or new datasets on in‑situ monitoring and multi‑laser coordination are published.
