Como é que os processos e tecnologias de fusão contribuem para o desenvolvimento da fabricação aditiva?

Se a fabricação aditiva se impôs progressivamente a várias indústrias ao longo dos últimos vinte anos, é porque lhes forneceu novas soluções de conceção para as libertar das restrições convencionais de produção (moldagem e maquinação).

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Para vários fabricantes e empresas foi assim possível acelerar o seu desenvolvimento e melhorar a sua estratégia, propondo um real valor acrescentado aos produtos dos seus clientes, como a produção e a personalização a pedido, a produção de estruturas mais complexas, a integração de novas funcionalidades, a procura de um produto mais leve e um número infinito de potenciais melhorias.

Ao longo dos anos, diferentes tecnologias e ferramentas de fabricação aditiva surgiram com as suas vantagens e desvantagens em relação a um ideal pretendido. Todos estes processos têm em comum o facto de pequenas quantidades de material (partículas) serem sucessivamente adicionadas e aglomeradas em conjunto.
A fusão do material, camada a camada, é uma forma eficiente de aumentar a peça ou o produto pretendido, fornecendo material onde é necessário e garantindo, ao mesmo tempo, uma coesão e homogeneidade perfeitas do material, o que gera excelentes resultados.

Existem processos sem fusão?

Sim, não é necessário fundir o material para dar ao objeto final propriedades técnicas e mecânicas próximas das do material de que é feito.
Exemplos de processos sem fusão incluem:

A Stratoconception, um dos processos mais antigos, utiliza a colagem de camadas empilhadas. Este processo está frequentemente associado à construção com madeira e não necessita de gás. Não é amplamente utilizado em setores industriais, ao contrário dos dois seguintes.
A fotopolimerização (estereolitografia), um dos processos históricos e generalizados na fabricação aditiva de polímeros. Este processo é realizado através da utilização da fotopolimerização a laser de uma resina líquida. Este processo também não requer gás.
O Binder Metal Jetting, outro exemplo de processo de impressão em 3D sem fusão, é de interesse crescente para os fabricantes cujo objetivo é uma redução de custos de fabricação aditiva. O processo consiste na aglomeração de uma mistura de pó e ligante polimerizado, camada a camada. No caso dos pós metálicos, as operações de tratamento térmico, incluindo uma operação de sinterização, complementam as fases do processo e dão às peças as suas características mecânicas, que são quase idênticas às do metal inicial que constitui o pó. Este processo requer gás (árgon, árgon e hidrogénio - 3D Heat Mix - ou azoto, dependendo do material) apenas durante a fase de sinterização, no caso dos pós metálicos.

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Existem vantagens em utilizar um dos processos da tecnologia com fusão?

Para criar e obter peças com propriedades mecânicas próximas do material constituinte, uma parte significativa dos processos de fabricação aditiva utiliza a fusão do material. Esta tecnologia consiste em aplicar energia ao material para o levar do estado sólido ao estado líquido por meio do processo de fusão, seguido de uma fase de arrefecimento (solidificação).

Os processos com fusão incluem:

No caso da fabricação aditiva utilizando o processo FDS (em que um fio é fundido e depositado), a extrusão de um material polimérico termoplástico (PA, ABS, etc.) pode ser assimilada a um processo com fusão do material.
Os processos de fusão em cama de pó metálico ou polimérico (SLM e SLS), consistem na fusão sucessiva de camadas finas de pó por meio de um laser ou um feixe de eletrões. A nova camada de pó funde-se com a camada anterior e assim sucessivamente. Este processo requer gás (árgon ou azoto, dependendo do material), para a segurança do processo e para a proteção do metal fundido.
Os processos derivados de processos de soldadura ou projeção térmica, em que o material é alimentado sob a forma de fio (arco de fio ou laser de fio) ou pó projetado (Cladding), diretamente no processo de fusão. O processo de fusão, cujo papel é levar o material a altas temperaturas (superiores ao ponto de fusão), pode ser um laser, uma tocha de plasma ou um arco (WAAM ou Wire Arc Additive Manufacturing). Estes processos requerem gás (árgon, hélio ou azoto, dependendo do processo e do material), para a proteção do metal fundido.

Por último, para as empresas que fabricam este tipo de componentes, a questão da escolha de uma tecnologia de fabricação aditiva com ou sem fusão depende menos das propriedades mecânicas esperadas das suas peças (resistência à tração, resistência aos choques, dureza, elasticidade, porosidade, limite de fadiga, etc.) do que das especificidades técnicas de cada processo de fabricação aditiva (disponibilidade do material pretendido para o processo, produtividade, precisão, acabamento superficial, com ou sem suportes, adição de funcionalidade ou retrabalho de peça existente, etc.) que permitem construir a sua peça.

De facto, muitas das características mecânicas poderão ser "melhoradas" numa segunda fase graças a tratamentos térmicos adaptados.

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