MANUFATURA ADITIVA : O papel da soldagem nesta janela de oportunidades

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1. A aplicação de processos de soldagem na manufatura aditiva faz com que os conhecimentos na área de soldagem sejam de grande importância no inicio do desenvolvimento dessa técnica de manufatura, permitindo assim uma evolução mais rápida do processo. Inicialmente técnicas de alta densidade de energia como o Laser Cladding e a deposição por feixe de elétrons eram as únicas encontradas no âmbito da manufatura aditiva. Porém, a utilização de processos a arco aparece como alternativa para aumentar a competitividade da MA. Utilizando materiais de alimentação na forma de pó ou arame também permitem maior flexibilidade na construção de componentes com gradiente de propriedades.

2. Estas ligas são utilizadas na forma de arame ou pó de acordo com o processo utilizado.

3. MATERIAIS UTILIZADOS

3.1. Ligas de titânio

3.2. Alumínio

3.3. Níquel

3.4. Cobalto

3.5. Aços

3.6. Metais preciosos

4. PROCESSOS DE MANUFATURA ADITIVA

4.1. A seleção do processo a ser utilizado depende fortemente da geometria a ser fabricada.

4.1.1. PEÇAS GRANDES

4.1.1.1. ARCO ELÉTRICO

4.1.1.1.1. Fonte de energia é um arco elétrico que funde o material de adição (pó/arame).

4.1.1.1.2. Material: Metais.

4.1.1.1.3. Via PTA, Plasma arame, TIG, MIG/MAG.

4.1.1.1.4. Maior eficiencia energética e ampla abrangência em relação à quantidade de material depositado, possibilitando a produção de peças maiores com maior rapidez.

4.1.1.2. MODELAGEM POR EXTRUSÃO

4.1.1.2.1. Material é depositado de forma seletiva através de um cabeçote extrusor.

4.1.1.2.2. Material: Polímeros, cerâmicas e metais.

4.1.1.2.3. Aquecimento por uma resistência elétrica.

4.1.2. PEÇAS PEQUENAS

4.1.2.1. FOTOPOLIMERIZAÇÃO

4.1.2.1.1. Um polímero fotocurável é curado seletivamente usando uma fonte de luz.

4.1.2.1.2. Materiais: Polímero fotocurável

4.1.2.1.3. Via Laser

4.1.2.1.4. Grande velocidade e precisão de deposição ou fusão dos feixes, somado a elevada densidade de energia que faz com a cada passe apenas um pequeno volume do “substrato” seja fundido.

4.1.2.2. CLADDING 3D

4.1.2.2.1. O material de adição na forma de pós é injetado diretamente no feixe/poça.

4.1.2.2.2. Material: Metais e cerâmicas.

4.1.2.2.3. Via Laser e PTA).

4.1.2.2.4. Melhor controle dos parâmetros. Variando-se a potência do laser a temperatura de trabalho que a área do componente está exposta é controlada, o que permite evitar defeitos de soldagem como trincas e minimizar a degradação metalúrgica do material.

4.1.2.3. FUSÃO DE PÓS PRÉ-DEPOSITADOS

4.1.2.3.1. Um feixe eletrônico funde seletivamente regiões de um leito com pó pré-depositado

4.1.2.3.2. Material: Polímeros, cerâmicas e metais.

4.1.2.3.3. Via Laser e feixe de elétrons.

4.1.2.3.4. Grande velocidade e precisão de deposição ou fusão dos feixes, somado a elevada densidade de energia que faz com a cada passe apenas um pequeno volume do “substrato” seja fundido.

5. DEFINIÇÃO

5.1. É definida como um grupo de tecnologias que utiliza uma abordagem camada por camada para criar objetos com forma livre; da base ao topo.

6. CARACTERÍSTICA DOS COMPONENTES

6.1. A construção de um componente por MA apresenta diversos momentos determinantes para o sucesso do procedimento.

6.1.1. Boa ligação metalúrgica com o substrato do primeiro cordão, uma espessura e morfologia adequadas.

6.1.2. A geometria dos cordões, com a quantidade de passes e posição corretos de cada cordão.

6.1.3. O ciclo térmico gerado durante a deposição faz com que o componente sofra múltiplas exposições à temperatura. Ele influencia a distribuição de tensões, deformações, e o desempenho da peça.

6.1.4. A variação da trajetória de deposição influencia na estrutura solidificada, no gradiente térmico e nas tensões geradas pela deposição.

6.1.5. As variações de distância entre a tocha e a peça determinam o calor fornecido ao material pela fonte de energia, diminuindo a área afetada pela temperatura e quantidade de material depositado.

6.1.6. A temperatura entre passes depende da liga depositada.

6.1.7. Utilização de atmosfera protetora durante a “construção” da parede. Diversas ligas apresentam oxidação nas temperaturas de processamento, prejudicando as propriedades mecânicas das deposições.

7. PÓS PROCESSAMENTO

7.1. Para a manufatura de um componente por MA é necessário realizar um processo de acabamento após deposição, buscando as dimensões finais requeridas, recorrendo-se para isso a processo de usinagem.

7.2. Para a maioria dos materiais depositados é preciso buscar uma homogeneidade na microestrutura e propriedades mecânicas dos cordões depositados.

7.3. Esses tratamentos devem ser projetados considerando-se informações obtidas dos diagramas de fases das ligas depositadas, uma vez que, além do alivio de tensões e maior uniformidade da estrutura, etapas de solubilização e precipitação têm de ser conduzidas em temperaturas que dependem de cada composição química.

8. ANÁLISE GERAL

8.1. VANTAGENS

8.1.1. Melhorar o desempenho de um componente através do design ou arquitetura microestrutural, ou seja, utilizando diferentes materiais/composições químicas em regiões estratégicas de um componente.

8.2. DESVANTAGENS

8.2.1. Pode-se citar o tempo de fabricação de um único componente, que é muito maior comparado ao dos processos de fabricação em massa, disponibilidade de máquinas com a flexibilidade necessária para trabalhar com diversos materiais, geometrias e precisão adequada, que variam de acordo com a peça e custo de equipamentos.

9. MANUFATURA ADITIVA DE MÚLTIPLOS MATERIAIS - MAMM

9.1. Resume os processos de manufatura aditiva em função dos materiais possíveis de processar.

10. UTILIZAÇÃO

10.1. O reparo de componentes com geometria complexa e alto custo de fabricação é um nicho com grande potencial de aplicação para a MA. Um exemplo são moldes utilizados em processos de conformação, extrusão e outros. O reparo desses componentes em muitos casos é inviável devido a sua geometria complexa e/ou elevado custo.