Como imprimir em 3D com metal e quais escolher

A impressão em 3D com metal pode produzir resultados visuais e físicos impressionantes. O metal é ideal para criar peças personalizadas que são resistentes ao calor, produtos químicos e ao impacto.

De acordo com um levantamento realizado pela Grand View Research, o mercado global de impressão 3D de metal foi avaliado em US$ 3,52 bilhões em 2021 e deve se expandir a uma taxa de crescimento anual de 23,9% de 2022 a 2030.

A impressão 3D de peças metálicas, que até pouco tempo era possível somente por meio de equipamentos industriais de altíssimo investimento, agora também pode ser uma solução alcançável com impressoras 3D de filamento (FFF) – desde que compatíveis. Neste artigo vamos falar sobre os principais requisitos que essas impressoras precisam ter e as opções de materiais disponíveis hoje.

Por que escolher a impressão 3D em metal?

Há algumas vantagens consideráveis para a impressão 3D com metal, quando comparada com as técnicas tradicionais de metal ou impressão 3D de plásticos. Estas incluem:

Maior escopo no design: O metal é bem adaptável para imprimir designs complexos. Isto o torna uma boa escolha para aqueles que desejam criar peças especializadas e personalizadas para uma máquina, por exemplo.

Variedade: Uma ampla variedade de metais está disponível, oferecendo às empresas diferentes propriedades físicas.

Acabamento estético: O metal não tem apenas um bom desempenho – ele também tem bom aspecto. Isto é uma vantagem para alguns casos de uso, como por exemplo, a confecção de jóias.

Tecnologias de impressão em metal

Se você quiser aproveitar os benefícios da impressão 3D com metal, você precisará usar a ferramenta certa.

Aqui está uma análise das tecnologias de impressão 3D mais conhecidas com metal:

Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS): A DMLS usa um laser para derreter e fundir o pó metálico, formando um objeto impresso camada por camada sobre uma placa construída. Ele usa ligas (ao invés de um único tipo de metal), que são compostas de metais com diferentes pontos de fusão. Os metais se fundem à medida que a temperatura aumenta.

Bound Metal Deposition (BMD): A BMD trabalha por extrusão, de forma muito semelhante à impressão FFF. Exige a ligação de metal em varetas de polímero ou cera de sacrifício, em vez de pó. Isto pode então ser derretido e extrudado através do bico da impressora.

Fusão Seletiva a Laser (SLM): Assim como a DMLS, a SLM também usa um laser e imprime o objeto em uma plataforma de construção. No entanto, ele requer apenas um único metal, pois imprime a uma única temperatura.

Fusão por feixe de elétrons (EBM): Como o nome sugere, esta impressora usa um feixe de elétrons para derreter o metal, em vez de um laser. É menos comumente usado que o método SLM ou DMLS.

Manufatura Aditiva Ultrasônica (UAM): A UAM usa deposição de metal em temperatura ambiente para criar objetos metálicos impressos em 3D. Esta tecnologia não é amplamente utilizada.

Fabricação de Filamento Fundido (FFF): A impressão 3D FFF/FDM, ou fabricação de filamentos fundidos, é um processo de fabricação de aditivos (MA) no qual o material termoplástico é empurrado através de um bocal aquecido para criar objetos camada por camada.

Usinagem CNC: As tecnologias de impressão 3D citadas acima representam um valor de investimento considerável, podendo chegar à casa do milhões de dólares – em geral um preço muito alto para Pequenas e Médias empresas. Mesmo não sendo uma técnica de impressão 3D, a usinagem CNC é mais acessível, permitindo às empresas criarem protótipos e partes de uso de metal – embora tenha algumas limitações, sendo que uma delas é não ser tão eficaz para peças de alta complexidade geométrica, onde a impressão 3D tem maior desempenho. Até pouco tempo, esse processo era compatível somente para produção de peças em polímeros, mas hoje já é possível obter peças em metal com impressoras 3D FDM (ou FFF), à um custo mais baixo que as demais tecnologias citadas acima.

A seguir, vamos explicar com mais detalhes sobre como imprimir metal em 3D usando essa tecnologia.

Micro Fundição: Embora não seja uma técnica de impressão 3D, a micro-fundição, ou fundição por cera perdida, utiliza um molde (que pode ser impresso em 3D), no qual o metal fundido é vertido. A fundição por cera perdida permite um bom nível de detalhes, tornando-a apropriada para peças impressas menores, podendo ser um substituto da impressão 3D de metal, em alguns casos.

Sylatech usa impressoras 3D para acelerar seu rápido processo de prototipagem para processos de produção de metais

Tipos de metais

Ao imprimir em 3D com metal, é importante considerar suas propriedades – e as vantagens e desvantagens de cada tipo.

Ligas de alumínio:

Prós: Conduzem bem a eletricidade, tem boas propriedades mecânicas, baixa densidade
Contras: Não são muito duráveis.

Superligas de cobalto-crômio:

Prós: Resistente ao desgaste, resistente à corrosão, suporta altas temperaturas
Contras: O cobalto é classificado como um mineral crítico em diversos países. Devido a dificuldade de encontrá-lo, tem custo elevado.

Inconel (ligas de níquel):

Prós: Boas propriedades mecânicas, resistentes ao calor, podem lidar com ambientes extremos.

Metais preciosos (prata, ouro, etc.):

Prós: Aspecto, adequado para a fabricação de jóias
Contras: Caro, às vezes difícil de obter.

Aço inox:

Prós: Resistente ao desgaste, duro, fácil de soldar. Disponível também na forma de filamento para impressão 3D FFF.

Ligas de Titânio:

Prós: Boa relação força-peso, resistente à corrosão, não se expande muito quando exposto ao calor.

Aplicações comuns do metal

A seguir, estão algumas maneiras pelas quais a impressão 3D em metal é utilizada por vários setores da indústria:

Aeroespacial e aviação: O metal é um material valioso no setor aeroespacial e aeronáutico. Ele pode ser usado para imprimir componentes estruturais em 3D (geralmente com uma liga de titânio). Os bicos de combustível podem ser facilmente criados para aviões específicos, e os motores a jato podem ser potencialmente construídos a partir de peças impressas em 3D.

Engenharia: As peças impressas em metal são úteis para uma variedade de aplicações de engenharia. Elas também podem ser usadas para substituir ou reparar peças existentes, o que elimina a necessidade de esperar que um fornecedor terceirizado envie uma substituição.

Médica: As aplicações médicas para impressão 3D com metal incluem próteses, substituição de quadril e joelhos, aparelhos auditivos e palmilhas de sapato. Os dentistas também estão usando a impressão 3D com metal para fins de fabricação.

Designer: Os joalheiros e outros designers usam metal para criar bens de consumo de uso final ou para acessórios em calçados ou roupas (por exemplo, fivelas e fechos).

Como imprimir metal com impressoras 3D FFF

Então, agora que você já conhece as tecnologias usadas para imprimir com metal, suas aplicações mais comuns e a sua perspectiva para o mercado, vamos mostrar como imprimir com filamento de metal com impressoras 3D FFF, sendo a tecnologia de impressão 3D mais acessível hoje para obtenção de peças em metal.

Requisitos de Hardware

Quando falamos de impressão 3D FDM com metal, certos critérios de hardware devem ser atendidos. Estes são:

Ter uma plataforma de impressão apropriada: A temperatura deve estar entre 45°C e 60°C. Não há necessidade de uma câmara fechada, mas é desejável.

A superfície certa: A superfície de construção pode exigir o uso de uma fita adesiva chamada PEI (polieterimida), cola bastão, ou colas especiais como a Magigoo podem facilitar bastante a boa adesão na superfície.

Extrusora apropriada: É necessário um bico de aço endurecido especializado e a temperatura deve estar entre 190 °C e 220 °C.

Ventoinha: Uma ventoinha de refrigeração do hot-end é uma necessidade.

Indicamos a linha S de impressoras 3D da marca Ultimaker, que atende todos os requisitos para impressão com filamentos de Metal e já tem resultados validados por nós da Wishbox e diversas empresas no mercado. A Ultimaker, por exemplo, disponibiliza um hot-end especial para esse tipo de material, o PrintCore CC.

Pós-processamento

A impressão 3D de metal por FFF exige uma técnica de pós-processamento para chegar a uma peça 100% metálica de alta resistência. Esse processo é baseado em duas etapas que vamos explicar aqui de forma resumida.

Os filamentos de metal FFF, são compostos por 90% de metais e 10% de polímeros termoplásticos, para possibilitar o processo de extrusão da impressão 3D FFF.

Debinding: A chamada “peça verde” (recém saída da impressora 3D) deve passar por um processo de debinding químico, em uma câmara de gás que vai evaporar todo o termoplástico. Nesta etapa, acontece um encolhimento na peça, que deve ter suas medidas compensadas previamente, ainda na etapa de fatiamento 3D.

Sinterização: A peça já 100% metálica precisa agora passar por um segundo processo, que se trata da sinterização, onde a peça vai ao forno para as moléculas metálicas se reagruparem e se fundirem totalmente, garantindo uma peça de metal de alta estabilidade.

Escolhendo o seu filamento

Ao imprimir em 3D com metal por FDM, é importante escolher o material certo para o trabalho, sendo que hoje são duas principais alternativas:

BASF Ultrafuse 316L

Disponível na Wishbox, o BASF Ultrafuse 316L é um composto metal-polímero adequado para a fabricação de ferramentas, acessórios, gabaritos, peças de pequenos lotes e componentes funcionais.

BASF Ultrafuse 17-4 PH

O BASF Ultrafuse 17-4 PH é composto de 90% em pó sinterizável de aço 17-4PH e 10% de polímeros aglutinantes especificamente desenvolvidos para facilitar a extrusão deste material. Este filamento pode ser impresso a uma temperatura entre 230 – 250 ºC.

XSTRAND GF30-PA6

Este filamento não é de metal, mas contém 30% de fibra de vidro, o que lhe confere boa resistência química, alta resistência à tração e uma boa temperatura operacional. É bem adequado para a impressão de gabaritos de fixações, sendo um substituto para algumas peças de metal.

DSM Arnitel ID 2060 HT e Clariant PA6/66GF 20 FR

O Arnitel® ID2060 HT é um filamento TPC de alto desempenho, e oferece um equilíbrio entre flexibilidade, resistência química e resistência a altas temperaturas. Já o filamento Clariant PA6/66GF 20 FR, é considerado um material retardador de chamas que possui 20% poliamida reforçada com fibra de vidro 6/66 usando Exolit®.

Ambos os filamentos são termoplásticos e capazes de resistir a temperaturas muito altas, assim como um metal. Eles também oferecem boa resistência ao desgaste.

Conclusão

A impressão 3D em metal está ganhando cada vez espaço no mercado, com novos materiais e tecnologias, possibilitando projetos inéditos em diversos setores.

Embora seu custo seja restritivo à grandes empresas e setores de alta tecnologia, os recentes avanços em filamentos de metal para Impressoras 3D FFF permitem maior acesso à impressão 3D de metal.

Se você está na dúvida se a impressão 3D pode resolver desafios dentro do seu processo, venha tomar um café com a Wishbox (seja presencial ou virtual), e descubra como a impressão 3D pode revolucionar o seu processo de produção.

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