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Laser Metal Fusion – Vantagens, princípios de funcionamento e aplicações da tecnologia aditiva

Laser Metal Fusion (LMF) – em português "fusão a laser em leito de pó" – é um processo de manufatura aditiva, no qual uma peça de trabalho é criada etapa por etapa em um leito de pó. Para isso, um laser derrete o pó metálico exatamente nos pontos das camadas de material definidas pelos dados de construção CAD do componente. Por isso, o processo ganha o nome de impressão 3D metálica, o termo sinterização de laser também é comum no setor. O processo é ideal para a produção em série de peças com geometria complexa e canais internos e espaços ocos filigranos, que não podem ser fabricadas com processos convencionais, como a rotação ou o polimento, ou a sua fabricação não é eficiente. Pela impressão 3D industrial são produzidos componentes que apresentam uma alta estabilidade e, ao mesmo tempo, um baixo peso – o que é uma vantagem para a construção leve ou para implantes e próteses produzidos sob medida. Além disso, a Laser Metal Fusion é um método de produção sustentável, pois em comparação com o método de remoção não produz aparas e, dessa forma, o material excedente é mínimo. Com quase duas décadas de experiência na tecnologia aditiva, a TRUMPF oferece pacotes completos, de nível industrial, para o processo de leito de pó, compostos por máquinas, serviços e digitalização, tudo isso de um único fabricante. Da identificação de peças até o produto pronto e além – nós temos tudo o que você precisa na cadeia de suprimento completa.

Integração de função

Por LMF, os usuários podem criar diretamente modelos funcionais a partir de modelos 3D de CAD, por exemplo, com canais de resfriamento integrados.

Refrigeração próxima do contorno

Com LMF é possível fabricar componentes com refrigeração próxima do contorno. Eles dissipam o calor gerado durante o processo de produção onde ele surge.

Estruturas de tela

Na manufatura aditiva, a concepção com ajuda de estruturas de tela possibilita uma fabricação de componentes muito mais rápida.

Fabricação voltada para o design

Durante a impressão metálica 3D, a construção e o design definem a fabricação do componente – diferentemente dos processos de produção convencionais.

Produtividade

Na impressão metálica 3D praticamente não há tempos de troca de equipamentos. Com isso, sua máquina é sempre utilizada de forma ideal e você aumenta a eficiência de sua produção.

Automação

A gestão industrial de pó e de peças da TRUMPF aumenta a rentabilidade de sua produção.

Limpeza

Um circuito de pó fechado garante um ambiente de produção limpo e seguro.

O processo de Laser Metal Fusion explicado brevemente

No início do processo de Laser Metal Fusion, o modelo 3D virtual do componente é criado como desenho CAD. Durante a preparação dos dados, a peça de trabalho é dividida em várias camadas individuais (slices) e, se necessário, são instaladas as estruturas de apoio. A construção em camadas da peça de trabalho é feita, por fim, na câmara de processo com gás de proteção sobre uma placa de substrato. O teor de oxigênio é de 0,1%. Na câmara estão cilindros de excesso, construção e reservatório lado a lado sobre um eixo. O chamado revestidor desloca o pó do cilindro de reservatório para o cilindro de construção. Por fim, o laser derrete a primeira camada de pó conforme o contorno da peça. Na etapa seguinte, o cilindro de construção se abaixa, o pó restante vai para o cilindro de excesso. Este processo é repetido até que o componente seja totalmente gerado. Para aumentar a produtividade, a TRUMPF usa em seus sistemas vários lasers que trabalham ao mesmo tempo. Aqui se fala do princípio multilaser. A peça pronta é por fim limpa dos pós metálicos em uma estação de desembalagem. Por fim, o componente é separado da placa, se existente, as estruturas de apoio são removidas e, se necessário, a peça é retrabalhada.

Aplicações e áreas de aplicação – tão diversas quanto a tecnologia em si

Implantes de crânio individuais e produzidos aditivamente de titânio

Implante de crânio

A Laser Metal Fusion atende aos rigorosos requisitos de qualidade e segurança na produção de equipamentos e implantes médicos. Em 8,45 horas e com quase 5.000 turnos foi fabricado o implante de crânio personalizado mostrado com titânio.

Construção leve de uma cantoneira de montagem gerada com uma TruPrint 1000

Ângulo de montagem

No espaço aéreo, a construção leve com bom fluxo de forças na peça de trabalho é de extrema importância. O design otimizado conforme a topologia pode ser fabricado facilmente com o processo de leito de pó – assim como no ângulo de montagem mostrado para portas de aviões, fabricadas em 8 horas e com quase 2.700 camadas.

Bloco hidráulico fabricado de forma generativa com as máquinas TruPrint da TRUMPF

Bloco hidráulico

O bloco hidráulico mostrado é usado para o acoplamento entre a válvula de controle e o cilindro hidráulico. Se ele for produzido pelo método de Laser Metal Fusion, seu volume total cai para 80%, a perda de pressão para 93% – sem qualquer tipo de perda de função. A construção é feita sem estruturas de apoio e foi concluída em onze horas.

Distribuidores fabricados com manufatura aditiva

Distribuidor

De forma convencional, a fabricação deste distribuidor precisaria de cinco peças individuais. Na fusão a laser em leito de pó, você fabrica diretamente o componente pronto. Canais de têmpera próximos do contorno e complexos podem ser gerados facilmente por LMF. Além disso, os clientes também ganham com a redução do tempo de ciclo e processos de produção estáveis do ponto de vista térmico com uma taxa de descarte mínima. O distribuidor da imagem foi fabricado em 70 horas.

Suporte de eixo

No setor automobilístico, é possível fabricar protótipos complexos e prontos para operação por fusão a laser em leito de pó sem ferramentas e de forma rápida. A produção aditiva do suporte de eixo mostrado durou cinco horas.

Produto dentário produzido com a TruPrint 1000

Placa dentária

Até o setor odontológico se beneficia das várias vantagens da manufatura aditiva. Em cada camada, é possível criar indicações complexas e aleatórias com material biocompatível com precisão e em tempo recorde. A placa dentária mostrada com coroas foi fabricada dentro de seis horas com cerca de 1.200 camadas.

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Quais produtos são adequados para a Laser Metal Fusion?

Laser Metal Fusion (LMF)

A Laser Metal Fusion é também chamada de impressão metálica 3D, Powder Bed Fusion ou Selective Laser Melting. O laser cria a peça de trabalho, camada por camada, a partir de um leito de pó. O plano é fornecido por um modelo CAD. Uma ferramenta não é necessária. O pó é aplicado sobre uma plataforma de construção. O raio laser derrete o pó com precisão conforme os dados CAD e liga pontos definidos com a camada inferior. Esse processo é repetido pelo laser até que a peça de metal esteja pronta. A peça de trabalho possui as características do material usado na forma de pó. Pode ser útil uma grande variedade de materiais metálicos em pó, como aço, alumínio ou titânio.

Criação de componentes pela Laser Metal Fusion

Vantagens da Laser Metal Fusion

Como complementação aos processos de produção comuns, a tecnologia LMF apresenta uma série de vantagens. A liberdade de criação é ilimitada. Dessa maneira é possível criar formas complexas e peças individuais com rapidez e flexibilidade, além do baixo custo. A LMF oferece soluções nos pontos em que a produção convencional chega ao seu limite e permite uma fabricação econômica, mesmo em lotes pequenos.

Ventilador turboradial montado com TruPrint 3000 (LMF)

Áreas de aplicação

Os componentes fabricados por esse processo estão de acordo com as exigências mais rigorosas de material para tarefas difíceis. A estabilidade e o baixo peso tornam o processo ainda mais interessante para a construção leve e estruturas biônicas, como encontramos, por exemplo, nos setores aeroespacial, automobilístico ou de tecnologia médica.

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