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A empresa Toolcraft AG está atualmente a implementar a tecnologia de Depósito de Material Laser de Alta Velocidade Extrema patenteada pelo Fraunhofer ILT

PME alemã aposta em tecnologia inovadora de impressão 3D em metal EHLA

Nikolaus Fecht para Fraunhofer ILT21/07/2021

Inventada em Aachen, lançada nos Países Baixos, utilizada na China e Turquia, e agora na Alemanha: estamos a falar da tecnologia de Depósito de Material Laser de Alta Velocidade Extrema, ou EHLA para abreviar, um processo patenteado e premiado várias vezes, desenvolvido pelo Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser ILT, em Aachen. Atualmente, está a ser implementado na Toolcraft AG, uma das primeiras empresas alemãs a investir na impressão 3D de metais, com sede em Georgensgmünd, na Francónia Central. Desde a sua fundação, em 1989, a empresa familiar tem vindo a demonstrar que as pequenas e médias empresas também podem ser inovadoras.

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Sede da Toolcraft AG, em Georgensgmünd, perto de Nuremberga, Alemanha. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.

Uma década de experiência com a impressão metálica em 3D

Dado que a Toolcraft foi realizando o pós-processamento de peças 3D desde 2005, tudo fazia prever que se dedicasse ao fabrico aditivo. O início deste novo mundo ocorreu em 2011 quando adquiriu um sistema de leito de pó para a impressão metálica em 3D. Foi necessária perseverança, visto que a empresa familiar apenas processou pedidos a rondar os 30 000 euros, com a primeira máquina, nos primeiros seis meses. No entanto, hoje, a empresa afirma que as suas 13 máquinas de produção aditiva são bem utilizadas.

A empresa deve a sua entrada na impressão 3D a Christoph Hauck, que se autodenomina um agitador positivo dentro do trio de diretores. Como “Mister 3D Printing”, ele relaciona-se com os utilizadores, fabricantes e investigadores da indústria de impressão em 3D através de muitos cargos honoríficos, por exemplo, como presidente da assembleia do Grupo de Trabalho de Fabrico Aditivo da VDMA ou como um dos porta-vozes do Painel de Especialistas em Fabrico Aditivo, na Baviera. Isto também foi reconhecido por grandes empresas como a Siemens e a Trumpf, com as quais a empresa trabalha de forma muito próxima no campo do fabrico aditivo (AM).

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Christoph Hauck, membro do conselho de administração da Toolcraft, e Thomas Schopphoven, líder do grupo de Depósito de Material Laser, no Fraunhofer ILT. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.

Clientes de diferentes indústrias

O sucesso demonstra que a Toolcraft tem razão. Hauck não pode revelar detalhes e nomes porque é obrigado a manter a confidencialidade do cliente. Mas uma coisa é certa: os clientes são provenientes de um vasto leque de indústrias, como a aviação, a tecnologia médica, a energia, a engenharia mecânica, os semicondutores e a automóvel. Para além do grande parque de máquinas no campo da maquinagem (componentes de precisão, fabrico de ferramentas) e da moldagem por injeção de plásticos, a empresa dispõe de uma enorme gama de sistemas AM para materiais metálicos baseados nos processos de fusão em leito de pó com laser LPBF, de deposição de material laser LMD e de deposição de material laser de alta velocidade extrema EHLA.

A empresa está particularmente orgulhosa de dois sistemas Trumpf, visto que são estreias: a TruPrint 1000 Green Edition e uma TruLaser Cell 3000 personalizada. A Green Edition tem o número de série 001; a TruLaser Cell 3000 é o único sistema híbrido de EHLA em todo o mundo até à data. Enquanto a empresa da Francónia Central segue a tendência da mobilidade elétrica com a Green Edition, na qual, entre outras coisas, se soldam principalmente cobre puro e ligas de cobre, como CuCr1Zr, o novo sistema, feito à medida para o fabrico de ferramentas, tem como objetivo cobrir mais lacunas finais na sua carteira AM. “A Trumpf construiu para nós o ‘jack-of-all trades’ (um multifunções) tendo como base a TruLaser Cell 3000”, diz Hauck, satisfeito.

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Thomas Schopphoven, chefe do grupo de Depósito de Material Laser, no Fraunhofer ILT, inspeciona um componente de metal. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.
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Pura impressão em 3D: o centro de fusão de metais por laser, que agora tem 13 equipamentos de fabrico aditivo, está em plena utilização. Em destaque, a TruLaser Cell 3000 personalizada, graças à qual a Toolcraft realiza dois tipos diferentes de deposição laser, tanto LMD como EHLA. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.

A EHLA estende a máquina universal ao laser multitalento

Mas, porque é um “jack-of-all trades”? Para entender isto, basta olhar mais atentamente para o seu interior: a TruLaser Cell 3000 vem de série com um grande espaço operacional de 800 mm x 600 mm x 353 mm, no qual se pode realizar o corte e a soldadura por laser em duas e três dimensões, assim como a deposição de material por laser. A cabeça de trabalho EHLA integrada adicionalmente, que aumenta a velocidade de deposição anterior de um máximo de 2 metros para várias centenas de metros por minuto comparativamente ao processo standard, acelera a deposição de material por laser.

Pode ser utilizada para depositar muito rapidamente camadas com espessuras de 0,05 mm em volumes multicamada com espessuras de camada de vários centímetros em componentes simétricos de rotação. Para isso, o sistema Trumpf foi equipado com um eixo A adicional para componentes de até 1490 mm de comprimento, com um diâmetro máximo de 320 mm e um scanner de perfil laser 3D retrátil para medir e posicionar as peças de trabalho fixadas. “No entanto, a utilização do scanner permite-nos fazer muito mais”, explica o Dr. Thomas Schopphoven, chefe do grupo de Depósito de Material Laser, no Fraunhofer ILT. “Em combinação com um software adequado, os dados geométricos registados pelo scanner podem ser utilizados para planificar automaticamente as trajetórias das ferramentas para aplicar o material com a deposição de material por laser”.

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O sistema de controlo está ligado a um ambiente de software Siemens NX, que permite a digitalização em 3D dos componentes danificados e, portanto, torna possível a reparação aditiva. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.

Alternativa à cromagem dura

A Toolcraft utiliza a tecnologia EHLA para reparar as áreas danificadas nos componentes simétricos de rotação e para os revestir. O sistema EHLA foi testado nos Países Baixos e na China, entre outros países, onde se aplica proteção contra a corrosão e desgaste em cilindros offshore de vários metros de comprimento. Por exemplo, o revestimento de EHLA com revestimentos duros com ligantes metálicos é muito solicitado como alternativa à cromagem dura com substâncias cancerígenas que contêm crómio (VI), que em muitas áreas apenas são permitidas após uma autorização especial devido a diretivas legais, como a Diretiva da UE sobre veículos no final da sua vida útil e a Diretiva sobre restrições à utilização de determinadas substâncias perigosas (RoHS).

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Um scanner de linha verifica um revestimento. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.
A deposição rápida com laser tornou-se numa opção viável para muitas indústrias, não só porque pode produzir revestimentos mais respeitadores do ambiente, mas também porque pode funcionar de forma muito mais eficiente. “A mensagem para os clientes e para as partes interessadas é clara: deem-nos tarefas, que nós verificaremos a viabilidade das mesmas e meteremos mãos à obra, incluindo um relatório de laboratório”, diz Hauck. “Há muito a fazer na área dos rolamentos, por exemplo”. Os primeiros pedidos são provenientes de fabricantes de máquinas de construção e impressão, para os quais a empresa termina as peças rotativas com EHLA. Mas o pioneiro da impressão 3D quer mais. “Frequentemente, trata-se da proteção contra a corrosão e desgaste”, explica. “Mas se tenho de usar carboneto caro, não posso encontrar uma solução híbrida em vez do mesmo? Também é possível optar por um corpo básico feito de aço para ferramentas e depois terminá-lo parcialmente com EHLA, com uma camada ultrafina de proteção contra o desgaste”. Esta é uma das razões pelas quais a Toolcraft fez com que a Trumpf personalizasse uma máquina que pode utilizar várias tecnologias laser.
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Para evitar tempo improdutivo, dois operadores, Jonathan Krauß e Florian Schlund, trabalham na TruLaser Cell 3000 ao mesmo tempo. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.

O pós-processamento também funciona com o chefe de trabalho do EHLA

Uma peça fabricada com EHLA também costuma necessitar de um pós-processamento para conseguir uma rugosidade superficial muito baixa, por exemplo, através da maquinagem, da retificação cilíndrica ou do microtorneamento. Enquanto experimentavam, os pioneiros da impressão em 3D foram surpreendidos ao descobrir que por vezes basta voltar a passar o bocal do EHLA pela superfície, mas com o fornecimento de pó metálico desligado. Por outras palavras: A Toolcraft também dominou o ainda jovem e novo campo da refundição laser para melhorar a qualidade da superfície.

Mas, o que pensam os funcionários do novo multitalento do laser? Jonathan Krauß, engenheiro de processos e diretor de Sistemas de LMD, congratula-se com as novas possibilidades de combinar de forma inteligente diferentes materiais: “Criam-se soluções completamente novas que não seria possível conseguir de forma convencional”. Krauß trabalha em estreita colaboração com o diretor de Projetos de LMD, Florian Schlund, que está fascinado não só com as possibilidades de reparação, mas especialmente com os novos projetos híbridos: por exemplo, soldando dois materiais diferentes num novo componente.

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Graças a um eixo A adicional, a cabeça de aplicação do EHLA pode revestir componentes de até 1490 mm de comprimento, com um diâmetro máximo de 320 mm. Foto: Toolcraft.

Fabrico híbrido com robôs: o futuro?

Qualquer pessoa que tenha tido contacto com Hauck e o conheça sabe que o agitador positivo já está a pensar no futuro: “Neste momento, a união entre a robótica e a impressão 3D está em discussão”. Por isso, analisou recentemente os resultados do projeto de investigação ProLMD do BMBF juntamente com o seu assessor externo, o Dr. Thomas Schopphoven, no Fraunhofer ILT: a combinação da deposição de material por laser com processos de fabrico convencionais e robôs para criar uma forma completamente nova de fabrico híbrido aditivo.

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Trabalho em equipa ao estilo da ficção científica: Florian Schlund e Jonathan Krauß, da Toolcraft, usam respiradores para se protegerem das diminutas partículas de metal em processos de impressão 3D como o EHLA. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha/ Ralf Baumgarten.
Jaba: tradução 4.0

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