Serviços de Impressão 3D em Titânio - EBM

A fusão por feixe de elétrons (EBM) está impulsionando o crescimento da manufatura aditiva com sua capacidade de fabricar com eficiência peças de titânio de alta resistência e precisão.

Fusão por feixe de elétrons para peças de titânio personalizadas

A fusão por feixe de elétrons (EBM, do inglês Electron Beam Fusion) faz parte da família de processos de fusão em leito de pó. Diferentemente da sinterização direta de metal a laser (DMLS), ela utiliza um feixe de elétrons para fundir o pó de titânio e criar a peça desejada camada por camada. Titânio Investimos em uma impressora 3D com tecnologia de fusão por feixe de elétrons (EBM) em 2018 e começamos a oferecer esse serviço. A tecnologia EBM é capaz de criar peças de titânio com estruturas complexas e de alta resistência. Como o nome sugere, a principal diferença entre a fusão por feixe de elétrons e a sinterização direta de metal a laser (LMS) é a fonte de calor utilizada. A tecnologia EBM utiliza um feixe de elétrons gerado por um canhão de elétrons. Este extrai elétrons de um filamento de tungstênio sob vácuo e os projeta de forma acelerada sobre a camada de pó metálico depositada na plataforma de impressão 3D. Esses elétrons, então, fundem seletivamente o pó, produzindo a peça. Comparada à fusão a laser em leito de pó (LPF), a EBM é um método de manufatura aditiva que consome mais energia, mas que pode aumentar a produtividade e controlar melhor os efeitos da tensão térmica durante a impressão 3D em metal.

Como funciona a fusão por feixe de elétrons?

Tudo começa com a modelagem 3D da peça de titânio que você precisa criar. Você pode modelá-la manualmente usando um software CAD, ou adquiri-la por meio de escaneamento 3D ou baixando um modelo de sua escolha. O modelo 3D é então enviado para o software de fatiamento, que o fatiará de acordo com as sucessivas camadas físicas do material depositado. O fatiador então enviará todas essas informações diretamente para a impressora 3D, que poderá então iniciar seu processo de fabricação. O pó de titânio pode ser carregado em um tanque dentro da máquina. Ele será depositado em camadas finas, pré-aquecido antes de ser derretido pelo feixe de elétrons. Em particular, esta etapa fornece mais suporte para as áreas salientes da peça impressa em 3D.

Etapa 1: A plataforma de construção garante que esteja limpa e livre de contaminantes, e então uma fina camada de pó de titânio é espalhada uniformemente sobre a superfície. O feixe de elétrons é "ativado", aquecendo a plataforma de construção a uma alta temperatura. Por exemplo, o titânio requer 600–700 °C.

Etapa 2: A fusão de pó camada por camada é o processo de espalhar uma nova camada de pó após a fusão da camada anterior, e o feixe de elétrons funde o pó seletivamente de acordo com o modelo digital, garantindo uma construção precisa camada por camada. O pó funde apenas onde é necessário para construir a geometria da peça final.

Etapa 3: Lentes eletromagnéticas e bobinas de deflexão controlam com precisão a posição e o foco do feixe de elétrons para garantir uma fusão precisa.

Etapa 4: As etapas de espalhamento, aquecimento e fusão são repetidas inúmeras vezes até que a peça esteja formada. A estrutura final se assemelha a um bloco semissólido ou bolo de pó. O bloco conterá todo o pó pré-aquecido, esteja ele derretido ou não. A peça é removida e despulverizada.

Etapa 5:O monitoramento do processo e o controle de qualidade envolvem o uso de sensores e câmeras para monitorar o processo de fusão em tempo real, enquanto o sistema rastreia os parâmetros de construção e ajusta o processo para garantir uma saída de alta qualidade.

Serviços de acabamento

Depois de Após a conclusão do processo de fabricação, o maquinista remove a peça de titânio da máquina e pulveriza o pó não fundido com uma pistola de ar ou pincel. Em seguida, os suportes de impressão podem ser removidos e a peça separada da plataforma de impressão. As etapas pós-impressão podem incluir a usinagem das superfícies em contato com outras peças, polimento, etc. Em alguns casos, pode ser necessário aquecer a peça em um forno por várias horas para liberar as tensões criadas durante o processo de fabricação.

Observação que toda a fabricação deve ser realizada sob vácuo para que o feixe de elétrons funcione corretamente. Isso também evita que o pó oxide quando aquecido. Ao final do processo de produção, uma grande parte do pó não fundido pode ser reutilizada quase diretamente. É fácil entender o interesse disso para os fabricantes, especialmente na área aeroespacial, onde normalmente apenas 20% do material adquirido é efetivamente utilizado na produção da peça final, sendo o restante removido por usinagem CNC.

Materiais metálicos permitidos pela EBM

Como a MBE se baseia no princípio de cargas elétricas, o material utilizado deve ser eletricamente condutor. Se o material não possuir propriedades condutoras, não haverá interação entre o feixe de elétrons e o pó. Portanto, é tecnicamente impossível fabricar peças de polímero ou cerâmica com um feixe de elétrons; apenas metais podem ser utilizados. Alguns materiais comuns incluem:

Vantagens do EBM

As peças de titânio feitas com EBM apresentam excelentes propriedades físicas, além de serem resistentes e densas. Uma das principais vantagens da tecnologia de feixe de elétrons é a velocidade de impressão – ela permite aquecer e imprimir pó em vários locais simultaneamente. O feixe de elétrons de alta energia também pré-aquece o pó antes da fusão, acelerando o processo. As impurezas são eliminadas durante o processo de fusão por feixe de elétrons de alta intensidade.

Alta densidade de peças
Imprime mais rápido que DMLS
Excelentes propriedades mecânicas
Minimiza a necessidade de tratamento térmico
O pó não utilizado é 95-98% reciclável
Requer menos suportes que o DMLS

Desvantagens da EBM

As peças de titânio EBM têm uma superfície áspera, podem exigir acabamento de superfície adicional e não são tão precisas quanto outras tecnologias de impressão 3D.

Aplicação de peças de titânio EBM

Como as impressoras 3D e os pós EBM são caros, essa tecnologia ainda não foi utilizada para produção em larga escala. Normalmente, é usada para fabricar pequenas séries de peças com estruturas complexas. Como seria de se esperar de uma tecnologia usada para fabricar peças de titânio de alta resistência, ela é utilizada em diversas áreas. A EBM encontrou aplicações em áreas como medicina, aviação e automobilismo.

Indústria aeroespacial

A fusão por feixe de elétrons (EBM) pode criar pás de turbina leves e de alta resistência, com canais de resfriamento complexos para melhor desempenho e eficiência. A EBM também pode beneficiar componentes estruturais aeroespaciais, criando geometrias complexas e proporcionando alta resistência mecânica, melhorando assim o desempenho e a durabilidade das aeronaves. O segredo do sucesso das pás é a capacidade da EBM de processar materiais quentes e propensos a trincas, como o alumineto de titânio (TiAl), que é 50% mais leve do que as ligas de níquel das quais as pás são normalmente feitas. Uma turbina totalmente impressa em 3D pode reduzir o peso de um motor em até 20%, o que representa um grande salto para a indústria da aviação. Além disso, o poderoso feixe de elétrons pode fundir camadas mais espessas do que seu maior concorrente, a fusão a laser em leito de pó, tornando-se uma opção mais rápida e eficiente para essa aplicação. Os motores a jato equipados com essas pás impressas em 3D incluem o LEAP, GEnx, GE90 e GE90, que impulsionam aeronaves de passageiros como o Boeing 777, Dreamliner e 747-8.

Produtos para uso Médico

À medida que dispositivos médicos, como implantes ortopédicos, continuam a aumentar em complexidade, a EBM proporciona maior liberdade de design, atendendo aos requisitos da indústria médica por propriedades mecânicas superiores. A EBM projeta projetos personalizados para aplicações específicas em pacientes, garantindo melhor ajuste e integração. A capacidade de fabricação de precisão da EBM também permite a produção de restaurações dentárias duráveis e biocompatíveis, melhorando o conforto do paciente e a longevidade em aplicações odontológicas. A EBM também pode fabricar outros implantes ortopédicos de grande porte, como componentes femorais de joelho, bandejas tibiais, gaiolas de joelho e coluna vertebral, e uma variedade de implantes de estrutura de suporte para coluna vertebral.

Automotiva

Na indústria automotiva, a fusão por feixe de elétrons (EBM) é usada para fabricar componentes leves, como peças de motor e elementos estruturais, melhorando assim a eficiência de combustível e o desempenho do veículo. A EBM também auxilia fabricantes automotivos na prototipagem e produção de peças personalizadas, acelerando as iterações de design e reduzindo o tempo de lançamento no mercado. Os casos de uso incluem bobinas para tratamento térmico de virabrequins, cubos e fusos, sistemas de transmissão, rolamentos de giro e muito mais.

Manufaturação industrial

Uma das vantagens do EBM em relação ao LPBF é sua capacidade de criar peças metálicas de altíssima pureza, sem porosidade ou oxidação. A GH Induction, fabricante de equipamentos e máquinas especializadas para aquecimento industrial por indução, aproveita essa vantagem para produzir bobinas de cobre com pureza de 99.99%. Essas bobinas da linha de produtos 3D Inductor têm uma vida útil 400% maior do que suas contrapartes tradicionais, além de se beneficiarem da liberdade de design proporcionada pela impressão 3D.