Aplicações de produtos impressos em 3D de metal em todos os setores

Os produtos metálicos impressos em 3D são amplamente utilizados na fabricação industrial, aeroespacial, médica, automotiva e em muitos outros campos, com tipos de produtos comuns, incluindo componentes estruturais, componentes funcionais e peças personalizadas. O que torna a fabricação aditiva de metal particularmente valiosa nesses setores é sua capacidade de produzir geometrias - canais internos, estruturas de treliça, contornos específicos de pacientes- ou veículos- - que seriam difíceis, caros ou totalmente impossíveis de serem alcançados apenas por fundição, forjamento ou usinagem subtrativa. As seções abaixo detalham as principais áreas de aplicação, juntamente com um contexto adicional sobre por que a fabricação aditiva se tornou o método de produção preferido em cada caso.

Os componentes estruturais de foguetes e satélites, como as anteparas dos tanques de combustível da Starship da SpaceX e os suportes de liga de titânio dos rovers de Marte da NASA, aproveitam as características de leveza da impressão 3D de metal para reduzir os custos de lançamento. Em aplicações aeroespaciais, cada quilograma de massa estrutural tem um custo direto e muitas vezes substancial associado à sua colocação em órbita ou além dela, portanto, a capacidade da fabricação aditiva de consolidar várias peças em uma única topologia-estrutura otimizada - removendo material onde não for estruturalmente necessário, preservando os caminhos de carga - tornou-o uma opção natural para esta indústria. Esta consolidação das peças também reduz o número de juntas e fixações, que são frequentemente os pontos mais fracos numa estrutura montada tradicionalmente.

Os-componentes do motor aeronáutico incluem pás de turbina -, como as pás compostas de matriz cerâmica da GE Aerospace -, bem como bicos de câmara de combustão, que usam canais de resfriamento complexos para melhorar a eficiência térmica. À medida que os projetistas de motores buscam temperaturas operacionais mais altas para melhorar a eficiência do combustível, a capacidade de imprimir geometrias de resfriamento interno que seguem o perfil térmico exato do componente torna-se cada vez mais valiosa, pois permite um gerenciamento de calor mais preciso do que canais limitados à perfuração-em linha reta.

Antenas de satélite e suportes são componentes leves de liga de alumínio ou liga de titânio que atendem aos requisitos de resistência à radiação e baixo-peso do ambiente espacial. Como os componentes do satélite também devem sobreviver aos ciclos térmicos extremos e às cargas vibratórias do lançamento, a capacidade da fabricação aditiva de produzir estruturas otimizadas de treliça ou nervuras - em vez de material sólido - ajuda a atender aos requisitos de rigidez e resistência, mantendo a massa em um mínimo absoluto.

Os moldes e acessórios de ferramentas incluem insertos de moldes de injeção para componentes automotivos, que apresentam canais de resfriamento integrados, bem como acessórios usados ​​na indústria eletrônica - que podem reduzir os ciclos de fabricação em 30% a 50%. Essa redução dramática-do tempo do ciclo vem principalmente do resfriamento conformal: como os canais de resfriamento podem ser direcionados para seguir o contorno da superfície da cavidade do molde, em vez de ficarem restritos a furos retos, o calor é extraído de forma mais rápida e uniforme, o que encurta a fase de resfriamento de cada ciclo de moldagem e reduz o empenamento da peça.

Componentes hidráulicos e pneumáticos, como blocos de válvulas hidráulicas e corpos de cilindros, integram canais de fluxo internos que reduzem o risco de vazamento. A fabricação tradicional desses componentes geralmente requer a perfuração de passagens retas e, em seguida, a obstrução de interseções indesejadas, criando possíveis caminhos de vazamento em cada tampão; a fabricação aditiva pode imprimir os canais de fluxo diretamente em seu roteamento tri-dimensional ideal, eliminando completamente muitas dessas juntas.

Componentes de máquinas pesadas, como dentes resistentes ao desgaste-de escavadeiras e ferramentas de corte de máquinas de perfuração de túneis (máquinas de blindagem), usam ligas de alta-dureza, como aço de tungstênio, para prolongar a vida útil. Nessas aplicações, a resistência ao desgaste da liga é fundamental, e a fabricação aditiva permite que o material{3}}resistente ao desgaste seja depositado precisamente onde é mais necessário -, como em uma aresta de corte ou superfície de contato -, sem necessariamente exigir que todo o componente seja feito do material mais caro-de alta dureza.

Os implantes ortopédicos incluem próteses articulares de quadril/joelho em liga de titânio -, como as próteses personalizadas da Johnson & Johnson -, bem como gaiolas de fusão espinhal, que podem ser adaptadas à anatomia óssea individual do paciente. Como a geometria esquelética de cada paciente é diferente, a fabricação aditiva permite que os implantes sejam projetados diretamente a partir dos dados de tomografia computadorizada ou ressonância magnética do paciente, melhorando o ajuste e reduzindo potencialmente o tempo de recuperação em comparação com implantes selecionados a partir de uma gama limitada de tamanhos padrão.

As restaurações dentárias incluem coroas dentárias de liga de cobalto{0}}cromo e pilares de implantes, com precisão que chega a 0,01 mm para se adaptar ao ambiente oral. Esse nível de precisão dimensional é essencial, dada a pouca tolerância que a boca tem para uma restauração mal{3}}adaptada - mesmo pequenas discrepâncias podem causar desconforto, desalinhamento da mordida ou desgaste-de longo prazo nos dentes adjacentes, e é por isso que a digitalização digital combinada com a fabricação aditiva de precisão tem se tornado cada vez mais padrão nos laboratórios odontológicos modernos.

Os guias cirúrgicos são modelos de navegação cirúrgica em liga de titânio que auxiliam procedimentos ortopédicos e neurocirúrgicos com orientação precisa. Esses guias específicos-do paciente normalmente são projetados a partir dos mesmos dados de imagem usados ​​para planejamento de implantes e ajudam os cirurgiões a posicionar brocas, parafusos ou ferramentas de corte com um nível de precisão que seria difícil de alcançar à mão livre, reduzindo o tempo cirúrgico e melhorando a consistência dos resultados.

Componentes de alto-desempenho incluem componentes de suspensão em liga de titânio em carros de corrida de Fórmula 1 e rodas de liga de alumínio em supercarros, que reduzem o peso e melhoram a resistência. Particularmente no automobilismo, o custo da fabricação aditiva é mais facilmente justificado do que nos veículos-do mercado de massa, porque mesmo pequenas reduções de peso na suspensão ou na massa não suspensa podem produzir ganhos de desempenho mensuráveis, e os volumes de produção são baixos o suficiente para que os-custos de ferramentas por peça seriam proibitivos.

Os novos componentes energéticos dos veículos incluem as placas de resfriamento da bateria em liga de alumínio no Tesla Model 3, bem como as tampas das extremidades do motor da BYD, que otimizam a eficiência do gerenciamento térmico. O gerenciamento térmico da bateria é um fator crítico de desempenho e segurança em veículos elétricos, e as placas de resfriamento impressas em 3D podem incorporar geometrias de canais internos otimizadas para distribuição uniforme de calor pela bateria, ajudando a manter temperaturas consistentes das células e prolongar a vida útil da bateria.

As peças de modificação personalizadas incluem coletores de escapamento e kits de carroceria personalizados para proprietários de veículos individuais, atendendo aos requisitos estéticos e de leveza. O espaço de pós-venda e personalização se beneficia principalmente da economia de baixo-volume da fabricação aditiva, já que uma peça personalizada-única ou em pequeno{3}}lote pode ser produzida sem o investimento em ferramentas que a fundição ou estampagem convencional exigiria.

Produtos culturais/criativos e bens de luxo incluem peças de arte em liga de titânio e caixas de metal para relógios-de última geração, possibilitando formas geométricas complexas. Os intrincados padrões de treliça, formas orgânicas e detalhes finos de superfície obtidos por meio da fabricação aditiva de metal permitem que os designers criem formas que seriam extremamente difíceis ou impossíveis de serem produzidas por meio de fundição ou usinagem tradicional, tornando-as adequadas para produtos de alto-valor e design-onde a própria complexidade geométrica faz parte do apelo.

As aplicações em equipamentos de energia incluem conectores de raiz metálica para pás de turbinas eólicas e componentes-resistentes ao calor para reatores nucleares, que melhoram a eficiência da conversão de energia. Os conectores de raiz de turbinas eólicas devem transferir enormes cargas cíclicas da pá para o cubo ao longo de décadas de serviço, e os componentes do reator nuclear devem suportar temperaturas extremas e ambientes de radiação - em ambos os casos, a capacidade de otimizar a geometria interna para resistência ou resistência ao calor, ao mesmo tempo que minimiza o uso de material, oferece benefícios significativos de eficiência e durabilidade.