Pó para impressão 3D: o que é e como é usado?

A impressão 3D, um nome mais comercial para manufatura aditiva (AM), foi mencionada pela primeira vez por Murray Leinster na década de 1940. Embora a impressão 3D represente menos de 1% do mercado global de manufatura, suas vantagens em relação à manufatura tradicional fazem com que o mercado de impressão 3D quase dobre de tamanho a cada 3 anos. Espera-se que o mercado global de impressão 3D cresça 20,8% ao ano de 2022 a 2030 [1]. Devido à sua ampla aplicação nos setores de saúde, automotivo, aeroespacial, de defesa etc., a impressão 3D é indiscutivelmente um dos métodos de fabricação mais populares no futuro.

A impressão 3D tem 7 divisões: Fotopolimerização em cuba, jato de material, extrusão de material, jato de aglutinante, fusão em leito de pó, laminação de chapas e deposição de energia direcionada. Todas as últimas 4 divisões usam pó de impressão 3D como matéria-prima.

O que é pó para impressão 3D?

O pó de impressão 3D refere-se ao pó usado na impressão 3D. Geralmente é feito de metal, liga, cerâmica ou polímero.

O pó de impressão 3D pode ser dividido em dois grupos por formato: esférico e irregular. O pó esférico para impressão 3D apresenta melhor fluidez. Em outras palavras, o pó de impressão 3D esférico pode se espalhar mais uniformemente e formar camadas homogêneas para criar componentes mais fortes. Mas, ao mesmo tempo, o pó para impressão 3D esférico é mais caro do que o pó irregular.

Como o pó para impressão 3D é produzido?

A maioria dos experimentos produz pó para impressão 3D por atomização, incluindo atomização por água e atomização por gás.

Atomização com água (WA)

A atomização começa com a fusão da liga/metal de matéria-prima (qualquer formato é aceitável) em um forno. Em seguida, segure por algum tempo para garantir que o líquido de fusão seja distribuído de forma homogênea. Depois disso, transfira o líquido para um cadinho com um bocal refratário que possa controlar a taxa de fluxo. Abra o bocal e deixe o líquido entrar na câmara de atomização. Ele cai livremente e, em seguida, é resfriado, atomizado e consolidado por jatos de água de alta velocidade. Por fim, você pode coletar o pó no fundo da câmara. Outra etapa necessária posteriormente é a secagem do pó.

O pó produzido pela atomização com água geralmente é irregular e não será usado na impressão 3D.

Atomização a gás (GA)

A atomização a gás é semelhante à atomização a água, exceto pelo processo de atomização. Ela usa fluxo de gás de alta pressão (geralmente gás inerte) para atomizar o pó. Como a capacidade de calor específica do gás é menor do que a da água, leva mais tempo para a formação de gotículas. As gotículas levarão mais tempo para esfriar e se consolidar. Como resultado, o pó produzido pela atomização de gás será mais esférico. O diâmetro do pó, no entanto, é difícil de controlar bem e varia de 0 a 500μm. Mesmo que usemos gás inerte durante todos os processos, ainda assim podem ocorrer contaminações quando transferimos o líquido de fusão do forno para o cadinho ou em outras etapas.

Atomização de gás de fusão por indução de eletrodo (EIGA)

A atomização de gás de fusão por indução de eletrodo (EIGA) foi desenvolvida com base na atomização de gás. Em vez de usar o cadinho para cobrir o líquido de metal fundido, a EIGA usa hastes de metal rotativas como matéria-prima, que é derretida pelo calor de indução. As hastes de fusão podem cair diretamente na câmara de atomização.

A EIGA pode produzir pó em uma faixa de partículas menores e, gradualmente, torna-se o principal método de produção de pó de liga ativa, como o Ti-6Al-4V.

Atomização por plasma (PA)

A atomização por plasma (PA) usa o plasma como fonte de calor para derreter a matéria-prima, que deve estar na forma de pó ou fio. Quando a matéria-prima entra em contato com o plasma, ela é derretida e atomizada simultaneamente pelos jatos de gás inerte. As etapas a seguir são as mesmas da atomização de gás.

A atomização por plasma pode produzir um pó mais esférico e de tamanho menor.

A Tabela 1 mostra o resumo dos quatro métodos de atomização mencionados acima.

Como o pó de impressão 3D é usado?

O pó de impressão 3D é usado principalmente em tecnologias de impressão 3D baseadas em leito de pó, como fusão de leito de pó e jato de aglutinante. O princípio fundamental dessas tecnologias é construir os componentes camada por camada usando pó de impressão 3D. Com esse processo de camada por camada, podemos criar produtos mais complicados e personalizados em comparação com as tecnologias tradicionais.

Um rolo/revestidor pega o pó (geralmente pó esférico de metal ou polímero, como pó esférico de titânio) do sistema de entrega e espalha uma camada fina e uniforme na placa de base. Em seguida, um feixe de laser funde o pó de forma seletiva. Uma camada fina é produzida e, em seguida, a plataforma de construção se moverá para baixo pela distância de uma camada e o sistema de fornecimento se moverá para cima pela distância de uma camada para continuar as etapas repetidas. Isso é chamado de fusão de leito de pó.

Outra tecnologia usa um aglutinante para combinar o pó. Outros processos são muito semelhantes à fusão em leito de pó. Isso é chamado de jateamento de aglutinante.

O pó é a matéria-prima a ser espalhada na placa para formar uma camada fina. Para obter componentes mais resistentes e detalhados, os parâmetros do pó são muito importantes. O pó irregular não consegue formar camadas homogêneas e de alta densidade (menos porosas) e resultará em componentes de baixa densidade, mesmo que a impressão 3D trave durante a impressão. O pó esférico tem melhor desempenho, mas também custa mais. O pó de partículas menores pode formar uma camada mais fina, em outras palavras, com mais pó consumido para a mesma camada espessa. A camada é mais fina e delicada do que as produzidas por pó de partículas maiores. Tenha cuidado ao usar pó menor que 20 μm, que pode se aglomerar facilmente e formar uma camada desuniforme. São necessárias tecnologias especiais para esse tipo de pó.

Para obter mais informações, visite a página inicial da Stanford Advanced Materials.

Referência

1. Relatório de tamanho e participação do mercado de impressão 3D, 2022-2030. (n.d.). Recuperado em 7 de dezembro de 2022, de https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/3d-printing-industry-analysis