Como imprimir peças metálicas em 3D com uma impressora SLS de polímero

Para ilustrar o processo de fusão de metais a frio (CMF), será produzida uma engrenagem leve que se utiliza na indústria automóvel. A intrincada geometria da peça torna-a num exemplo ideal, dado que apenas pode ser produzida através de fabrico aditivo. Para a impressão, será utilizada a plataforma Sintratec All-Material Platform, com o Sintratec S2 e o módulo de construção MCU-160. Como parte do sistema de laboratório CMF, atualmente dispomos de dois materiais desenvolvidos especificamente pela Headmade Materials para a tecnologia SLS: aço para ferramentas M2 e aço inoxidável 17/4PH. Dado que se trata de um material habitual na indústria automóvel, utilizaremos o 17/4PH para a engrenagem.

Tal como no processo standard de sinterização seletiva a laser (SLS), o trabalho de impressão prepara-se primeiro com o software Sintratec Central. O modelo 3D é importado, duplicado e disposto no volume de construção disponível. No que diz respeito ao desenho CAD, há que ter em conta a contração durante a fase de sinterização, que pode variar em função do material: no caso do 17/4PH é de 14%. Uma vez configurado, o trabalho de impressão é guardado, exportado e enviado para o sistema através de uma unidade USB ou de uma rede local. Na estação de manipulação de materiais, enchemos os recipientes de pó do módulo de construção com o material 17/4PH da Headmade, sendo a quantidade de pó calculada automaticamente.

Uma vez cheio o módulo de construção, transferimo-lo para o módulo de fusão, neste caso, o Sintratec S2. Utilizando o ecrã tátil, selecionamos o nosso trabalho de impressão e começamos a imprimir. Como o nome indica, o processo Cold Metal Fusion decorre a frio: o leito de pó mantém-se apenas a 50 °C, o que é uma temperatura muito mais baixa em comparação com os polímeros convencionais. Isto faz com que o processo de impressão seja muito estável e permite reutilizar todo o material por sinterizar. Uma vez finalizada a impressão, retiramos o módulo de construção para eliminar o pó das denominadas peças verdes na estação de manipulação de materiais, de forma similar ao processo do polímero.

Após a remoção do pó, os últimos resíduos de pó são eliminados numa estação de lavagem através de um jato de água a 30 bares. Este passo também garante um acabamento superficial liso e uma grande precisão das peças. Dado que na indústria as peças verdes costumam ser muito quebradiças, esta facilidade de manipulação e pós-processamento é uma novidade. Isto deve-se ao engenhoso material, que consiste numa matriz aglutinante de plástico com espigões metálicos salientes. Quando o componente plástico se funde durante a fase de impressão, todas as cavidades são preenchidas, o que resulta numa peça verde de grande resistência.

Depois do pós-processamento, colocamos as peças verdes num tabuleiro e levamo-las para a estação de desbobinagem. Aqui, uma vez fechada e selada a porta, a câmara é inundada com um solvente de acetona a uma temperatura que aumenta gradualmente. O que acontece ao microscópio é que o solvente penetra na parede das peças e começa a remover um dos componentes de plástico. Depois de uma noite de desbobinagem, tiramos as nossas peças castanhas transformadas da estação para continuarmos a processá-las.

Em seguida, transferimos as chamadas peças castanhas para o forno de sinterização. No seu interior, a câmara aquece a mais de mil graus. À medida que a temperatura aumenta, as partículas de metal começam a unir-se para formar uma peça metálica densa, enquanto o plástico remanescente é queimado. Este processo de sinterização dura 10 a 15 horas, mas é o mesmo, independentemente do tamanho do forno ou do número de peças que são processadas. Uma vez sinterizadas as peças metálicas, estas podem ser retiradas e maquinadas, se necessário.

Agora que terminámos, temos nas nossas mãos uma peça pura de aço inoxidável 17/4PH. Não restam resíduos do plástico utilizado nos passos anteriores. E, em comparação com o fabrico convencional, estas peças têm o mesmo nível de desempenho mecânico, com muito mais liberdade de conceção e complexidade. De facto, o processo CMF produz componentes com um excelente alongamento de 13,2% após o endurecimento, o que supera os padrões da MIM. Combinada com o hardware da Aliança CMF, esta tecnologia permite aos utilizadores gerir as porosidades, dispor de canais de fluxo livres nos seus desenhos e obter propriedades mecânicas superiores. Com estas capacidades únicas, o processo CMF estabelece, sem dúvida, um novo padrão no setor do FA de metais.