A impressão metálica 3D, também conhecida como fusão de metais, conquistou novos mercados nos setores aeronáutico, médico, de construção e automotivo nos últimos anos, com suas vantagens e conveniência incomparáveis. Atualmente, a tecnologia de impressão metálica 3D é rápida e relativamente barata, também pode ser usada para criar estruturas grandes. A tecnologia de impressão inclui principalmente sinterização seletiva a laser (SLS), fusão por feixe de elétrons (EBM), fusão a laser seletiva (SLM) e modelagem de rede com engenharia laser (LENS). SLM usar uma fonte de laser de alta energia que pode derreter uma variedade de pó de metal, é o método mais comumente usado. Pó de metal usado para impressoras 3D em nacionais e estrangeiros geralmente são: aço ferramenta, aço martensítico, aço inoxidável, titânio puro e liga de titânio, liga de alumínio, liga à base de níquel, liga à base de cobre, liga de cobalto-cromo e assim por diante.
AÇO INOXIDÁVEL
Aço inoxidável é o primeiro material usado na impressão 3D de metal devido à sua boa resistência química, resistência a altas temperaturas e boas propriedades mecânicas. Atualmente, existem basicamente três tipos de aço inoxidável aplicados na impressão 3D de metal: aço inoxidável austenita 316L, aço inoxidável martensita 15-5PH e aço inoxidável martensita 17-4PH.
316L Aços inoxidáveis austeníticos, com alta resistência e resistência à corrosão, podem ser reduzidos a baixas temperaturas em uma ampla faixa de temperaturas. É aplicado em várias aplicações de engenharia, como aeroespacial e petroquímica, bem como processamento de alimentos e tratamento médico.
15-5PH O aço inoxidável martensítico, também conhecido como aço inoxidável martensítico (endurecimento precipitado), tem alta resistência, boa dureza e resistência à corrosão, é um endurecimento adicional do aço livre de ferrite. Atualmente, é amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial, petroquímica, química, processamento de alimentos, papel e metalurgia.
17-4 PH Aço inoxidável martensítico, que ainda possui alta resistência e alta tenacidade sob 315®, e forte resistência à corrosão e pode trazer excelente ductilidade como o estado de usinagem a laser.
LIGA DE TITÂNIO
Ligas de titânio têm sido amplamente utilizadas na indústria aeroespacial, química, indústria nuclear, equipamentos esportivos e dispositivos médicos devido à sua alta resistência à temperatura, alta resistência à corrosão, alta resistência, baixa densidade e biocompatibilidade. Peças de liga de titânio têm sido amplamente utilizadas em campos de alta tecnologia, tais como aeronaves militares F14, F15, F117, B2 e F22. A proporção de titânio usada em uma aeronave Boeing 747 é, respectivamente, 24%, 27%, 25%, 26% e 42%. No entanto, os métodos tradicionais de forjamento e fundição para produzir grandes peças de liga de titânio têm muitas desvantagens, como alto custo, processo complexo, baixa taxa de utilização de material e difícil processamento de acompanhamento, que impedem sua aplicação mais ampla. A tecnologia de impressão Metal 3D pode resolver esses problemas fundamentalmente, por isso, tornou-se uma nova tecnologia para a fabricação direta de peças de liga de titânio nos últimos anos.
TiAl6V4 (Gr5) é a primeira liga usada na produção de impressão SLM3D. Entretanto, a baixa resistência à deformação por cisalhamento e a resistência ao desgaste do titânio limitam seu uso sob condições de alta temperatura, corrosão e resistência ao desgaste. Portanto, Re e Ni são introduzidos em ligas de titânio, e o sprinkler composto Re-based 3D foi aplicado com sucesso na câmara de combustão do motor aero, e a temperatura de operação pode chegar a 2200%.
COBALT
O aço para ferramentas de trabalho quente H13 é um deles. Aços ferramenta são amplamente utilizados em peças industriais devido à sua excelente dureza, resistência ao desgaste, resistência à deformação e a capacidade de manter as arestas de corte a altas temperaturas. Os aços martensíticos, tomando Martensite 300 como exemplo, também conhecidos como aços maraging, são conhecidos por sua alta resistência, tenacidade e estabilidade dimensional durante o envelhecimento. Devido à sua alta dureza e resistência ao desgaste, o Martensite 300 é adequado para muitas aplicações de matrizes, como moldes de injeção, fundição de ligas metálicas leves, estampagem e extrusão, e também é amplamente utilizado em peças de fuselagem aeroespacial de alta resistência e peças automotivas.
LIGA DE ALUMÍNIO
As ligas de alumínio têm excelentes propriedades físicas, químicas e mecânicas e têm sido amplamente utilizadas em muitos campos. No entanto, as propriedades das próprias ligas de alumínio (como fácil oxidação, alta reflexão e condutividade térmica) aumentam a dificuldade de fabricação seletiva de fusão a laser. Existem alguns problemas, como oxidação, tensão residual, defeitos de vazios e densificação no processo SLM na impressão de ligas de alumínio. Estes problemas podem ser melhorados protegendo estritamente a atmosfera, aumentando a potência do laser e reduzindo a velocidade de varredura. Actualmente, SLM imprime materiais de liga de alumínio, principalmente, são as ligas da série Al-Si-Mg, tais como AlSi12 e AlSi10Mg. O alumínio-silício 12 é um pó metálico de fabricação aditiva leve com bom desempenho térmico. Pode ser aplicado em peças de paredes finas, como trocadores de calor ou outras peças automotivas. Ele também pode ser aplicado ao protótipo e peças de produção da indústria aeroespacial e da aviação.A adição de silício e magnésio dá a liga de alumínio mais força e dureza, tornando-o adequado para paredes finas e peças geométricas complexas, especialmente no caso de boa térmica desempenho e baixo peso.
LIGA DE MAGNÉSIO
Como a liga estrutural mais leve, a liga de magnésio tem a possibilidade de substituir o aço e a liga de alumínio em muitos campos de aplicação devido à sua alta resistência especial e propriedades de amortecimento. Por exemplo, aplicações leves de ligas de magnésio em componentes automotivos e de aeronaves podem reduzir o uso de combustível e as emissões de gases de escape. A liga de Mg apresenta excelente degradação e biocompatibilidade in-situ, com baixo módulo de Young e resistência próxima à do osso humano. Tem mais possibilidade de aplicação em implantação cirúrgica do que a liga tradicional.
LIGA DE ALTA TEMPERATURA
Liga de alta temperatura refere-se à liga de aço super que com ferro, níquel e cobalto como base e ainda pode trabalhar a longo prazo na alta temperatura de 600 ℃ ou acima e ambiente de estresse. Tem resistência a altas temperaturas, boa resistência à corrosão e resistência à oxidação e boa plasticidade e tenacidade. Actualmente, as ligas podem ser divididas em três categorias: liga à base de Fe, liga à base de níquel e liga de cobalto.
Superalloy é usado principalmente em motores de alto desempenho. Nos motores aerodinâmicos avançados modernos, o uso de material de superliga representa 40% ~ 60% da massa total do motor. O desenvolvimento de motores aero modernos de alto desempenho requer mais e mais alta temperatura e desempenho de superliga. O processo metalúrgico tradicional dos lingotes é lento no resfriamento, alguns elementos e a segunda fase de segregação são sérios nos lingotes. A impressão 3D é um novo método para resolver o gargalo técnico na formação de ligas de níquel.
Como resultado, Inconel 625 é freqüentemente usado em peças de metal usadas em aplicações marítimas e produção de petróleo e gás. Inconel 718 é uma versão antiga do 625. 718 é uma liga à base de níquel, que possui boa resistência à corrosão e resistência ao calor, propriedades de alongamento, fadiga e fluência, e é adequada para várias aplicações de ponta, como turbinas para aeronaves e turbinas terrestres. A liga Inconel 718 é a mais antiga superliga de base de níquel usada e é também a liga mais usada do motor aeronáutico atualmente.
A liga de cobalto-cromo possui alta resistência, forte resistência à corrosão, boa biocompatibilidade e propriedades não magnéticas. É usado principalmente em implantes cirúrgicos, incluindo ligas artificiais de liga leve, articulações de joelho e articulações do quadril, e também pode ser usado em indústrias de peças de motores, moda e jóias.
Desde o surgimento da tecnologia de impressão 3D nos 1990s, dos materiais poliméricos iniciais ao pó metálico, muitas novas tecnologias, novos equipamentos e novos materiais foram desenvolvidos e aplicados. Existe uma vasta gama de materiais metálicos adequados para impressão 3D industrial, mas apenas vários materiais em pó especificados podem satisfazer os requisitos da produção industrial. Embora a tecnologia de impressão de pó de metal 3D tenha alcançado algumas conquistas no momento, o material ainda é o maior fator e há requisitos mais altos em materiais de impressão 3D. Portanto, o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D de pó de metal ainda tem um longo caminho a percorrer.