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

Laser Metal Fusion (LMF) – em português "impressão 3D metálica" – 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 essa razão, o processo é muitas vezes chamado de impressão em metal 3D; os termos sinterização a laser e soldagem a laser&nbsp, também são comuns na indústria. O processo é ideal para a produção em massa de peças geometricamente complexas com intrincados canais internos e cavidades que não podem ser produzidos com métodos convencionais, como a fresagem. 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

Usando LMF, os usuários podem criar diretamente os componentes funcionais dos modelos CAD 3D,    como estruturas flexíveis ou rotativas.

Refrigeração próxima do contorno

Com a LMF  podem ser produzidos componentes com refrigeração contígua. Estes dissipam o calor diretamente de onde ele surge.

Estruturas de tela

A manufatura aditiva possibilita o projeto de estruturas filigranas em uma disposição complexo.

Design para manufatura aditiva

Liberdade no  design:  Na impressão de metal 3D, o design determina a produção dos componentes - ao contrário dos métodos convencionais de produção.

Produtividade

Na impressão metálica 3D praticamente não há tempos de troca de equipamentos. Graças à opção Multilaser e aos componentes de automação, você pode aumentar ainda mais a eficiência de sua produção.

Eficiência

O manuseio de peças industriais e de pós  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

O início do processo de Laser Metal Fusion se dá com o modelo 3D virtual do componente. Durante a preparação dos dados, os dados de design são convertidos em um arquivo de trabalho de construção que pode ser lido pela máquina. Os componentes são posicionados na placa de substrato e fixadas nas estruturas de suporte, se necessário. Para o processo de impressão, os  componentes são divididos em camadas individuais e os caminhos a laser associados são definidos.  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. Na câmara estão cilindros de excesso, construção e reservatório lado a lado sobre um eixo. O revestidor desloca o pó do cilindro de reservatório para o cilindro de construção (1). Em seguida, o laser funde a primeira camada de pó correspondente ao contorno da peça com a camada subjacente (2). Na próxima etapa, o cilindro de construção é abaixado em uma camada  (3). Desta forma, o componente é construído na camada de pó. O excesso de pó 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. Na sequência, o componente é separado da placa, se houver, são removidas as estruturas de apoio e, se necessário, a peça é retrabalhada.

Funcionalidade Laser Metal Fusion (sinterização a laser) explicada através de um esboço funcional.

O princípio de funcionamento da impressão 3D metálica é explicado resumidamente.


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.

Lightweight design of a mounting bracket generated with a 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.

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 manufatura aditiva do design e topologia otimizados do suporte de eixo mostrado aqui levou cinco horas.

Dental product produced with the 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.

Componente da área de R&D

Durante o desenvolvimento do aplicativo ou parâmetro, é usado o trabalho de construção ilustrado. Neste caso, as hastes longas são processadas após a separação da placa de substrato para amostras de tração.  Com estas, a resistência e a deformabilidade do componente podem ser verificadas. Após a separação e esmerilhamento, os outros componentes  quadrados, por exemplo, são examinados ao microscópio para detectar a presença de quaisquer defeitos finos. Em ambos os casos, trata-se da garantia de qualidade dos componentes.

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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.

Radial turbine blower built with 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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