Disposição direta de energia - Métodos de impressão 3D

A disposição direta de energia (DED) é um dos métodos de manufatura aditiva. A manufatura aditiva (AM) pode parecer um pouco desconhecida para você. Ela também é chamada de impressão 3D, prototipagem rápida (RP), fabricação em camadas, etc. O núcleo principal da manufatura aditiva é o uso de dados de modelos 3D para unir materiais camada por camada. Sem a necessidade de ferramentas ou matrizes de pré-produção, a AM supera as tecnologias de fabricação tradicionais e se tornou um dos métodos de produção mais populares atualmente. Como a manufatura aditiva pode usar vários materiais, como plásticos, metais, cerâmicas, compostos e materiais biológicos como seus materiais depositados [1], muitos setores começaram a usar ou já usaram essa tecnologia. A AM oferece a possibilidade de fazer projetos complicados e específicos.

A manufatura aditiva inclui quatro métodos: jato de aglutinante, fusão de leito de pó, laminação de chapas e deposição direta de energia (DED). Como você pode ver no título, vamos nos concentrar na deposição direta de energia neste artigo.

O que é a deposição direta de energia?

A deposição de energia direta usa energia térmica fornecida por um feixe de laser/elétrico ou outro recurso para derreter o material e fundir a deposição com o novo material. Ela combina as tecnologias de revestimento e soldagem. A DED não usa apenas pó, como outros métodos de 4 AM, mas também usa arames como matéria-prima. De acordo com os diferentes tipos de matéria-prima, a DED pode ser dividida em tipos de alimentação de pó e de arame. O DED do tipo de alimentação de pó usa um laser como calor térmico para derreter o pó e as camadas anteriores. A DED do tipo alimentação por arame pode usar um laser, um feixe de elétrons ou um arco de plasma como calor térmico. A Figura 1 e a Figura 2 abaixo podem lhe dar uma breve compreensão dessas duas tecnologias diferentes de DED.

Figura 1: DED do tipo alimentação de pó: (a) alimentação coaxial; (b) alimentação fora do eixo [1]

Figura 2: DED do tipo alimentação por fio: (a) alimentação coaxial; (b) alimentação fora do eixo [1]

De acordo com os diferentes locais de alimentação, a DED pode ser dividida em alimentação coaxial e fora do eixo. O gás de blindagem ou gás de proteção é usado para proteger o material, especialmente o metal ativo, da oxidação devido à alta temperatura.

Seu principal princípio de funcionamento é o seguinte:

*O bocal fornece a matéria-prima (pó ou fio) no substrato

*Um recurso de aquecimento (como um laser) derrete a área específica e funde o material para formar uma camada

O bocal e o feixe de laser se movem continuamente para outras áreas para repetir a mesma ação controlada pelo computador. A deposição direta de energia usa o princípio de linha por linha e pode funcionar em um plano não horizontal.

Diferença entre DED do tipo alimentação de pó e alimentação de arame

A DED do tipo alimentação de arame tem uma taxa de deposição mais alta e uma camada mais espessa do que a DED do tipo alimentação de pó. No entanto, o DED do tipo alimentação de pó é mais preciso (elaborado) e tem menos estresse residual. Essas diferenças fazem com que eles sejam usados com frequência em diferentes aplicações.

O DED do tipo alimentação de pó é frequentemente usado em restauração, revestimento poroso, materiais sob medida, estruturas sob medida e gerenciamento térmico [1]. Diferentemente da fusão em leito de pó ou do jato de aglutinante, o DED pode ser usado em restauração porque pode trabalhar em um plano de trabalho não horizontal.

O DED do tipo alimentação de arame é frequentemente usado na produção de partículas de grande porte, como longarinas de asas.

Aplicação da restauração por deposição direta de energia

A deposição direta de energia apresenta excelente desempenho nas áreas de remanufatura e restauração, especialmente quando a substituição completa de um componente é demorada e cara. Por exemplo, quando parte do rotor com lâminas integrais dos modernos motores de turbina é danificada, é menos econômico substituí-lo por uma nova lâmina do que repará-lo. Não é fácil usar tecnologias gerais para conseguir isso. Mas o DED pode resolver esse problema com uma entrada de calor relativamente baixa, pequena distorção, boa combinação metalúrgica e adequação precisa.

O DED do tipo pó apresenta melhor desempenho do que o DED do tipo fio na restauração. No entanto, nenhum deles consegue restaurar as mesmas propriedades de fadiga, tensão de escoamento e ductilidade da peça original devido à porosidade, impurezas ou outros motivos.

Como a tecnologia DED continua a evoluir, é provável que o tamanho e a complexidade das peças que podem ser produzidas usando o processo também aumentem. Isso abrirá novas possibilidades para fabricantes e organizações de restauração e poderá levar ao desenvolvimento de produtos e setores totalmente novos.

Resumo

A deposição direta de energia é um processo de fabricação de aditivos altamente preciso e exato que tem o potencial de revolucionar a maneira como criamos e reparamos peças. Embora atualmente esteja limitado à produção de peças pequenas, os desenvolvimentos em andamento na tecnologia provavelmente expandirão seus recursos no futuro. O alto custo do equipamento necessário para realizar a DED pode ser uma barreira para a adoção em algumas organizações, mas os benefícios do processo o tornam uma opção cada vez mais popular para uma ampla gama de aplicações.

Referências

1. Ahn, DG. Processo de deposição de energia direcionada (DED): State of the Art. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. 8, 703-742 (2021). https://doi.org/10.1007/s40684-020-00302-7