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Os componentes em cobre têm especial aplicação na indústria eletrónica

Schunk investe no fabrico aditivo de peças em cobre

08/11/2022

A Schunk, empresa especializada no fabrico em série de produtos baseados em materiais de alta tecnologia, adicionou a impressão 3D de metais à sua lista de processos. Esta tecnologia vai permitir à empresa desenvolver novas aplicações com design biónico e otimização da topologia.

As características do componente e a rentabilidade requerem a utilização de diferentes tecnologias de processos ou estratégias de fabrico aditivo. Por isso, a Schunk ampliou as suas competências no processo CEM (Composite Extrusion Modeling), em 2020, com uma impressora 3D multimaterial ExAM 255 da AIM3D. Agora, já estão disponíveis os primeiros resultados desta colaboração de desenvolvimento, tal como nos explica Christian Stertz, diretor de Projetos de Engenharia de equipamentos na Schunk.

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Grande integração vertical de fabrico: cadeia de processos de impressão de metal 3D na Schunk. Fonte da imagem: Schunk.

Termos da colaboração

O objetivo da colaboração entre a Schunk e a AIM3D abrange três eixos estratégicos:

  • Desenvolvimento de materiais como cobre, tendo como base o níquel;
  • Desenvolvimento contínuo da engenharia de instalações (por exemplo, refrigeração de extrusora ou mesa de fixação por vácuo);
  • Marketing e aquisição para a Schunk como fornecedor de peças de metal 3D a partir do tamanho de lote 1.

Os pontos principais são a prototipagem rápida e as séries pequenas, que apresentam uma quantidade insuficiente de unidades para a técnica de sinterização convencional. Os componentes de cobre constituem um ponto central do desenvolvimento na impressão 3D. Christian Stertz, diretor de projetos de engenharia de equipamentos na Schunk, descreve os resultados da impressão de cobre.

Impressão de metal 3D com cobre

O desenvolvimento de componentes 3D em cobre tem, segundo a Schunk, uma dimensão estratégica, visto que existem muito poucos fornecedores no mercado. Este material condutor é interessante para determinados componentes da indústria eletrónica. Não obstante, o âmbito dos setores e aplicações é muito variado: existem aplicações centradas na gestão térmica, principalmente na construção de maquinaria e instalações. E existem aplicações centradas na transmissão de energia com escassas perdas, como a mobilidade elétrica, a técnica de soldadura e de endurecimento, para além do fornecimento energético. Entre elas, existem aplicações em cobre puro, mas também outras com ligas de cobre.

Com a técnica CEM do equipamento ExAM 255 da AIM3D, afirma Christian Stertz, mantêm-se as vantagens da condutividade elétrica ou térmica também na impressão 3D. Isto representa, na sua opinião, uma característica única entre os métodos de fabrico aditivo. Stertz descreve que se verificam valores de condutividade mais elevados e melhores na superfície e no interior do componente do que noutros métodos de fabrico aditivo. O processo CEM também apresenta vantagens em relação ao preço do material e à preservação dos recursos.

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Classificação de estratégias de fabrico segundo o número de unidades e a complexidade. Fonte da imagem: estudo AM-Power.

Projetos em cobre da Schunk

A Schunk desenvolveu, por exemplo, endurecedores por indução (indutores) para pinhões de engrenagens no setor automóvel ou pinhões de correntes para motoserras. Trata-se do endurecimento por indução de um componente através do endurecimento de superfície parcial para cumprir os máximos requisitos mecânicos. As propriedades físicas destes componentes de cobre são: densidade de aprox. 8,5 g/cm3 (rel. aprox. 95-96%), com uma condutividade de 75-80% (% IACS). Desse modo, a densidade alcança valores comparáveis aos do processo MIM (moldação por injeção de metal). Em particular, a densidade do cobre tem efeitos na condutividade, mas também nas propriedades mecânicas, como a dureza ou a resistência ao desgaste. Stertz salienta especialmente as vantagens deste processo de fabrico aditivo comparativamente às estratégias de fabrico convencionais.

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Exemplo de peça de cobre: modelo de demonstração de refrigeração de cobre em secção de 3/4.

A grande liberdade de geometria que oferece, permite realizar canais internos ou ranhuras. Além disso, as estruturas biónicas utilizadas para a poupança de peso e material, que aumentam a funcionalidade, também permitem reduzir custos. Como em qualquer processo de fabrico aditivo, o processo CEM da AIM3D proporciona reduções nos custos de mecanização e ferramentas, pelo facto de ser um processo que não está ligado a uma forma determinada. Não obstante, também é certo que o processo CEM não é adequado para geometrias muito simples nem para um grande número de unidades, visto que nesses casos apresentam mais vantagens os processos em série já conhecidos, como o processo MIM.

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Tendências de mercado na impressão 3D de metal

Christian Stertz, diretor de Projetos de Engenharia de Equipamentos na Schunk, vê o potencial do fabrico aditivo em segmentos de mercado muito diversos:

  • Mobilidade nos setores aeronáutico e aeroespacial, automóvel, ferroviário ou nos estaleiros, desde peças de acionamento até componentes de design em reengenharia;
  • Engenharia médica com próteses e instrumentos;
  • Construção de maquinaria e instalações;
  • Construção de moldes;
  • Equipamentos desportivos;
  • Setor da construção;
  • Joias;
  • Bens de consumo.
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Apresentação de custos médios por cm3 em processo de fabrico aditivo. Fonte da imagem: estudo AM-Power.

Christian Stertz explica: “Com a evolução das exigências dos clientes acerca de novas possibilidades de design e materiais, como o design biónico, também ocorrerá o desenvolvimento do conjunto de tecnologias de impressão 3D. É provável que determinadas aplicações de certos processos de fabrico aditivo venham a ser mais fáceis de implementar. Também surgirão nichos e a aptidão para passar de nichos a empresas tecnológicas bem estabelecidas continuará a impulsionar a evolução tecnológica”.

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Equipamento de CEM ExAM 255 da AIM3D, em Thale. Da esq. para a drt.: Daniel Alfonso (Global Business Development – Metal Additive Manufacturing), Christian Stertz (diretor de Projetos de Engenharia de Equipamentos), Marcus Trapp (gestor de Processos da Schunk), Dennis Grützemann (operário de Engenharia de Equipamentos). Fonte da imagem: Schunk.

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