A fabricação aditiva e as tecnologias de impressão industrial em 3D com gases Air Liquide
Todos os processos de fabricação aditiva têm uma coisa em comum: a construção de um objeto por adição de material através da deposição sucessiva de finas camadas de material. Na maioria dos processos de fabricação aditiva (additive manufacturing), os gases desempenham funções-chave ao longo da cadeia de valor para garantir a qualidade final das peças e reduzir o seu tempo de produção:
- segurança do processo (proteção contra o risco de inflamação dos pós);
- proteção contra a oxidação e humidade dos materiais
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eBook
Fabricação aditiva de metais
Conselhos e boas práticas para a fusão a laser
A additive manufacturing (AM), também conhecida como impressão industrial em 3D, está a crescer à medida que evolui para a produção em massa. Neste eBook, a Air Liquide e o Instituto Fraunhofer partilham consigo novas ideias e tecnologias para a fusão seletiva a laser, bem como conselhos para a integração bem-sucedida das suas instalações de fabricação aditiva.
As soluções Air Liquide para processos de fabricação aditiva
A Air Liquide desempenha um papel orientador no desenvolvimento da produção de peças por additive manufacturing e propõe-lhe as melhores soluções gasosas de acordo com o seu tipo de processo de produção, com o objetivo de aumentar a sua competitividade.
O que é a fabricação aditiva?
A fabricação aditiva (additive manufacturing) de metais é também chamada fusão laser de metais ou impressão 3D de metais. Consiste no fabrico de uma peça a partir de camadas finas de pó metálico fundido por um raio laser acoplado a um modelo CAD da peça a ser produzida. A peça é então construída camada por camada, em oposição à remoção de material durante a maquinação. Estes processos de impressão industrial em 3D permitem a conceção de novas peças com design e geometrias complexas ou com novas funcionalidades em setores tão variados como a indústria aeronáutica, energia, produção de ferramentas ou protótipos. Quanto mais complexa for a peça, mais económico se torna o processo. A indústria de fabricação aditiva está a transformar os métodos de produção graças a uma redução dos tempos de desenvolvimento e fabrico de peças de alto valor acrescentado em todas as áreas da engenharia mecânica, particularmente aeronáutica e espacial.
A produção de pós metálicos
Os pós metálicos frequentemente utilizados no método de fabricação aditiva são, na sua maioria, produzidos por um sistema de atomização gasosa. A estabilidade dos parâmetros de produção, como a pressão e temperatura do árgon ou do azoto, é crucial para garantir a qualidade dos pós produzidos de modo a otimizar a granulometria dos pós para o mercado da additive manufacturing.
A qualidade das peças depende da qualidade dos pós. O armazenamento correto e a reciclagem controlada contribuem para limitar a sua oxidação.
A produção de peças com diferentes tecnologias de impressão em 3D
As diferentes famílias de processos são classificadas de acordo com as normas ISO e ASTM:
- A extrusão de material: (Material Extrusion): processo por extrusão de fio (Fused Deposition Modeling ou FDM). Para além das aplicações de impressão em 3D/conceção 3d para o público em geral, também utilizada na produção industrial.
- Projeção de ligante (Binder Jetting): materiais que vão da cerâmica, polímeros e plásticos a determinados metais sob a forma de pó.
- Projeção de materiais (Material Jetting): finas partículas são depositadas e solidificadas (a título de exemplo, fotopolímeros).
- Deposição de material sob energia dirigida (Directed Energy Deposition ou DED): o material de impressão é diretamente fundido por uma fonte de energia utilizando um laser ou um arco elétrico. São aqui utilizados o árgon e misturas de Ar-CO2.
- A fusão em cama de pó (Powder Bed Fusion ou PBF) para metais, plásticos ou polímeros já é utilizada hoje em dia para produzir várias peças industriais em produção em massa. A fonte de energia do processo de fusão em cama de pó é frequentemente um laser (Selective Laser Melting ou SLM, Selective Laser Sintering ou SLS, Direct Metal Laser Sintering ou DMLS, etc.). É utilizado o árgon ou o azoto como gás de proteção. A fusão de eletrões (Electron Beam Melting ou EBM) é, por vezes, utilizada para peças metálicas. Neste caso, o hélio é utilizado com uma contrapressão baixa de hélio para evitar projeções.
- Estratificação de camadas (Sheet Lamination ou SL): técnica de impressão por sobreposição de camadas sucessivas de folhas ligadas ou coladas com um ligante.
- Fotopolimerização em cuba (Vat Photopolymerization) como a estereolitografia (SLA) que solidifica seletivamente um fotopolímero líquido.
A fabricação aditiva e as operações de acabamento
Após a fase de construção, as peças são sujeitas a operações de acabamento:
- O arrefecimento sob atmosfera neutra, azoto ou árgon.
- A remoção dos suportes fabricados com a peça.
- A limpeza, possivelmente utilizando o processo de limpeza com dióxido de carbono sob a forma supercrítica.
- O tratamento de alívio de tensões para remover tensões residuais.
- Eventuais tratamentos térmicos adicionais sob atmosfera controlada para dar às peças as suas características mecânicas.
- Tratamento de superfície para obter o acabamento superficial pretendido (por exemplo, rugosidade), maquinação ou maquinação criogénica (sem óleo), se necessário.
O tema da fabricação aditiva (additive manufacturing) está em constante desenvolvimento e existem muitas inovações atuais. Nos últimos anos, a substituição dos métodos de produção tradicional por tecnologias de additive manufacturing trouxe indubitavelmente vantagens (design otimizado, peças mais leves, prototipagem rápida, simplificação da cadeia logística, otimização do custo global da peça, etc.). Para tirar o máximo partido deste potencial, este método de produção deve ser considerado na fase de conceção da peça.
Vídeo
Fabricação Aditiva
A Erpro & Sprint confia em nós
Os processos de fabricação aditiva (Additive Manufacturing) utilizam gases como o árgon, o azoto ou o hélio. Os gases desempenham funções-chave nestes processos de fabrico para garantir o resultado final de qualidade:
- proteção contra o risco de inflamação dos pós,
- proteção contra a oxidação e humidade dos materiais fundidos.
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Gases ao longo do processo de fabricação aditiva
O principal gás utilizado na produção de peças metálicas é o árgon, mas, consoante os materiais e processos, o azoto ou o hélio também pode ser utilizado. Estes gases devem, evidentemente, ser utilizados em condições controladas em termos de segurança (por exemplo, risco de anoxia), num ambiente profissional.
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Perguntas frequentes
Porquê utilizar a fabricação aditiva ou a impressão em 3D e como integrá-la na sua produção?
Como são removidos os suportes na fabricação aditiva?
Quais são as diferenças entre a fabricação aditiva e a impressão em 3D?
Como identificar materiais imprimíveis?
O que é a impressão metálica em 3D?
Que setores utilizam a tecnologia em 3D com mais frequência?
Qual é o papel do gás na fabricação aditiva?
Que processo de impressão em 3D escolher?
Como funciona a fabricação aditiva?
Obtenha peças de elevada qualidade em total segurança graças ao árgon, azoto e hélio no processo de fabricação aditiva de metal: produção e armazenamento de pó, inertização da câmara de construção e pós-processamento.
Porquê utilizar gases industriais na Fabricação Aditiva?
A Air Liquide fornece azoto (N2), árgon (Ar) e hélio (He), gases que são utilizados ao longo de toda a cadeia de valor:
- Fabrico de pó, reciclagem e armazenamento: inertização, plasma
- Construção de peças: inertização da câmara de construção, cama de pó, pulverização...
- Pós-tratamento: tratamento térmico, limpeza com CO2...
Flexibilidade e desenho de peças complexas
Seja qual for o processo (Fusão Seletiva a Laser (SLM) ou feixe de eletrões (EBM), deposição de material sob a forma de pó ou fio (DMD), a fabricação aditiva ou impressão 3D industrial permite conceber novas peças com geometrias complexas ou funcionalidades novas, adicionando sucessivas camadas de materiais.
Fiabilidade
Embora representem apenas uma pequena parte da estrutura de custos das peças metálicas, os gases são, no entanto, indispensáveis para o funcionamento das máquinas e, por conseguinte, exigem uma continuidade de abastecimento garantida. Os gases industriais evitam qualquer deformação ou combustão da peça durante a impressão a alta temperatura. O principal gás utilizado para o fabrico de peças metálicas é o árgon mas, dependendo dos materiais, também pode ser utilizado azoto ou hélio.
Segurança na instalação
Naturalmente, os gases industriais devem ser utilizados em condições de segurança controladas (por exemplo, risco de anoxia). A Air Liquide guia-o para garantir a segurança das suas instalações e aconselha-o na implementação de equipamento de deteção de anoxia, serviços de manutenção de instalações e, claro, formação sobre a utilização de gases.
Gases adaptados a la impresión 3D de dispositivos médicos
Nuestros gases específicos para la impresión 3D industrial metálica ofrecen una impresión óptima de los materiales médicos (prótesis dentales por ejemplo).
A nossa solução para a fabricação aditiva
Fornecimento de gases
- Argón (Ar), Azoto (N2), Helio (He) com a pureza exigida
- Fornecimento contínuo e evolutivo de acordo com a evolução das necessidades
- Segurança e fiabilidade
Instalação e equipamentos
- Rede de distribuição de gás personalizada: instalações, rede até ao ponto de utilização, telemetria, manutenção associada
- Instalação de segurança (anoxia
- Equipamento específico para armazenamento de pó
Experiência e serviços
- Otimização da adequação "processo-gás-materiais".
- Elaboração do caderno de encargos
- Definição e conceção de instalações de redes de gás e de segurança
- Auditorias de gás em sistemas de impressão 3D
Papel dos gases na fabricação aditiva
O papel dos gases na fabricação aditiva em todas as fases
Os gases representam apenas uma parte muito pequena do custo de produção neste sector, mas desempenham um papel crucial para a segurança, estabilidade do processo e qualidade dos produtos finais.
Operações de fabrico e acabamento de aditivos
A qualidade das peças depende da qualidade dos pós. Devem ser preservados e reciclados para limitar a oxidação.
Uma vez terminada a fase de construção, as peças devem ser submetidas às seguintes operações de acabamento:
- arrefecimento numa atmosfera neutra anti-ferrugem
- limpeza com o processo de limpeza CO₂
- tratamento de alívio do stress para eliminar as tensões residuais
- possíveis tratamentos térmicos adicionais para dar às peças as características mecânicas ou propriedades de superfície desejadas.
Iremos guiá-lo através dos nossos produtos e soluções, para que possa escolher as melhores opções para o ajudar no seu desenvolvimento de fabrico de aditivos.