PPS 1 | Fabrico aditivo baseado em Materiais metálicos
O objetivo
É objetivo do PPS1 a reengenharia do equipamento de FA ADIRA, com vista à sua otimização e ao desenvolvimento de subsistemas. Outro ponto alvo de estudo serão os métodos utilizados no desenvolvimento e projeto aplicados aos componentes para fabrico por tecnologias de FA. De modo a explorar todo o potencial que a utilização de novas tecnologias de FA permite, serão de considerar os limites das mesmas, durante a fase de projeto e pré-processamento.
Os objetivos do PPS1 são:
– Otimização de sistema protótipo FA metais ADIRA baseado em construção em cama de pó (SLM-Selective laser melting) e em Direct Energy Deposition (DED) com capacidade subtrativa via laser;
– Testes comparativos noutras tecnologias e equipamentos (SLM, Laser Cusing, DED com fio) já existentes no mercado (baseados em princípios de funcionamento similares, mas com diferenças ao nível da dimensão e estratégia de fabrico);
– Funcionalização e teste intensivo de materiais metálicos e outras ligas.
Resumo
O PPS1 aborda com mais enfase a área dos materiais metálicos dentro do mundo alargado do fabrico aditivo onde se inserem uma ampla panóplia de materiais que podem ser utilizados. A utilização dos materiais metálicos na área do fabrico aditivo têm sofrido uma grande expansão no mercado, pois permite a produção de peças finais diretamente a partir de modelos digitais, possibilitando também a criação de novos produtos completamente novos que não poderiam ser fabricados devido a constrangimentos dos métodos convencionais de produção. Para além disso, também possibilita a redução do time-to-market, o custo, o desperdício de material, o consumo de energia e as emissões de carbono. Dadas as vantagens deste, é de todo o interesse explorar, investigar e dotar as empresas e centros de investigação nacionais de know-how no fabrico aditivo metálico. Por se tratarem de tecnologias recentes, ainda é necessário efetuar estudos relativos aos parâmetros e estratégias de processamento mais adequados aos materiais utilizados e tendo em consideração as aplicações a que se destinam. Pretende-se adequar e integrar das tecnologias de FA, mais recentes, com as tecnologias subtrativas, amplamente estabelecidas no meio produtivo, em ordem a construir células de fabrico híbrido (FA+FS), paraPPS 1 | Fabrico aditivo baseado em Materiais metálicos
O PPS1 aborda com mais enfase a área dos materiais metálicos dentro do mundo alargado do fabrico aditivo onde se inserem uma ampla panóplia de materiais que podem ser utilizados. A utilização dos materiais metálicos na área do fabrico aditivo têm sofrido uma grande expansão no mercado, pois permite a produção de peças finais diretamente a partir de modelos digitais, possibilitando também a criação de novos produtos completamente novos que não poderiam ser fabricados devido a constrangimentos dos métodos convencionais de produção. Para além disso, também possibilita a redução do time-to-market, o custo, o desperdício de material, o consumo de energia e as emissões de carbono. Dadas as vantagens deste, é de todo o interesse explorar, investigar e dotar as empresas e centros de investigação nacionais de know-how no fabrico aditivo metálico. Por se tratarem de tecnologias recentes, ainda é necessário efetuar estudos relativos aos parâmetros e estratégias de processamento mais adequados aos materiais utilizados e tendo em consideração as aplicações a que se destinam. Pretende-se adequar e integrar das tecnologias de FA, mais recentes, com as tecnologias subtrativas, amplamente estabelecidas no meio produtivo, em ordem a construir células de fabrico híbrido (FA+FS), para completa integração em chão de fábrica das tecnologias de FA com os outros processos produtivos. Na vertente dos materiais, há a necessidade de se explorar o processamento de novos materiais com características adequadas às solicitações funcionais a que são sujeitos os componentes. Exemplo disso são os materiais de elevada dureza ou condutibilidade térmica. O processamento de vários materiais, no mesmo processo, em deposição estratificada, também é um dos objetivos deste PPS. Por outro lado, a caracterização dos componentes produzidos e o conhecimento da influência dos processos e parâmetros de processamento nas propriedades finais das peças produzidas é outro assunto pleno de pertinência, abordado neste PPS1.
Assim, este PPS visa produzir e testar vários tipos de metais, processos, e parâmetros de processamentos para a fabricação aditiva, com o intuito final de serem produzidos vários elementos demonstradores, nomeadamente de componentes para diversas áreas, assim demonstrando a versatilidade e viabilidade dos processos propostos.
O PPS1 é liderado pelos Copromotores ADIRA e CEiiA, orientada para o fabrico aditivo de materiais metálicos. O PPS1 é constituído pelas empresas Alma Design, GLN Molds, GLN Plast, Omnidea e TJMoldes e, pelas ENESIIs, INEGI, Universidade de Coimbra, IPLeiria, Universidade do Minho, CENTIMFE, pelas provas já prestadas na área da investigação científica em engenharia de materiais metálicos.
SUMÁRIO DOS TRABALHOS REALIZADOS DESDE O INÍCIO DO PROJETO ATÉ AO FINAL DO PERÍODO A QUE O RELATÓRIO INTERCALAR REPORTA, COM ESPECIAL ENFOQUE AO PERÍODO DE REPORTE
3.1. PPS1 – Sumário dos resultados alcançados
Os trabalhos desenvolvidos no âmbito do PPS1 compreenderam, até ao momento, a execução das Atividades 1 e 2. Segue-se um sumário dos principais resultados alcançados durante os primeiros 9 meses de execução do projeto.
Atividade A1 | Matéria-Prima: Pós metálicos e fio
Durante os primeiros 9 meses do projeto foi feito um levantamento do estado da arte e trabalho científico das principais técnicas de produção de pós metálicos existentes, nomeadamente processos mecânicos, deposição eletrolítica e processos físicos. Foi igualmente realizada a identificação de fabricantes de pós metálicos e preços correspondentes a nível mundial, assim como um sumário dos materiais metálicos processados por fabrico aditivo com maior relevância.
Foi igualmente iniciada a revisão sobre os conceitos básicos de materiais funcionais com gradiente e iniciou-se a funcionalização de multimateriais de pós para fabricação aditiva com duas tecnologias distintas (FDmet e SLM). Para tal, foram aproveitadas e processadas as aparas metálicas resultantes da maquinagem do fabrico de moldes para feedstock de fabricação aditiva. Os resultados preliminares indicam que o pó de aparas H13 poderá ser uma alternativa viável aos pós convencionais.
Atividade A2 | Processos FA: Fusão direta, Fusão seletiva e Sinterização
Na presente atividade, deu-se início à incorporação de sensores em componentes obtidos por fabrico aditivo e iniciada a sua caracterização. Foi elaborada uma revisão de conceitos básicos sobre a tecnologia DED (nomeadamente LMD, DMD, DMLS, EBFF e LDW), a identificação dos parâmetros de processo mais influentes no fabrico aditivo metálico (nomeadamente a qualidade, geometria, potência, taxa de alimentação de pó, velocidade de varrimento, distância entre centros de cordões, estratégia de varrimento, diâmetro focal, convergência, atmosfera de construção e temperatura de pré-aquecimento) e o resumo das metodologias de pósprocessamento mais frequentes no acabamento de peças construídas e/ou reparadas por fabrico aditivo (nomeadamente mecânicos, físicos ou químicos e térmicos). Foi realizado o levantamento de fornecedores/fabricantes de FA metálico para posterior seleção de componentes e/ou sistemas a adquirir no âmbito do projeto. Foram ainda descritas as características de microestrutura diretamente relacionados com o processamento de metais por tecnologias aditivas, nomeadamente solidificação, morfologia do grão, textura, microestrutura. Foi feito uma lista dos principais defeitos e dificuldades no processamento de materiais metálicos por tecnologias de FA, incluindo a perda de elementos de liga, Porosidade e defeitos de falta de fusão, Rugosidade Superficial e Espessura Mínima, Fissuração, Delaminação e Swelling, Tensões residuais, Aderência à placa base e empeno, Interações Pó-Feixe. Foi realizado um estudo preliminar metalográfico das peças obtidas no equipamento ADIRA utilizando a tecnologia TLM e DLP.