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May 30, 2023

Uma janela de oportunidade para acelerar o desenvolvimento de ligas para manufatura aditiva

Todas as imagens Fonte: Bigstock As tecnologias de manufatura aditiva (AM) apresentam uma série de benefícios, incluindo estruturas leves (redes, superfícies mínimas triplamente periódicas e outros materiais orgânicos).

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As tecnologias de manufatura aditiva (AM) apresentam uma série de benefícios, incluindo estruturas leves (redes, superfícies mínimas triplamente periódicas e outras formas orgânicas), consolidação de peças, limitação da necessidade de ferramentas e redução do tempo de entrega. Esses benefícios podem ajudar a aumentar a produtividade, o rendimento e o custo da fabricação. Por estas razões, a AM tem sido considerada para uma variedade de aplicações na aviação, automotiva, médica, energética, espacial e de defesa. A AM também desafiou a forma como as tecnologias de produção são utilizadas seletivamente. AM demonstrou mérito substancial para apoiar testes rápidos e avaliação de novos conceitos de design e o desenvolvimento de produtos foi realizado para a fabricação de equipamentos de teste, gabaritos, acessórios, bem como peças de teste. AM também oferece a capacidade de impactar o custo do ciclo de vida do produto como tecnologia de reparo.

A maior parte do desenvolvimento de produtos AM metálicos na última década concentrou-se em ligas antigas historicamente desenvolvidas para aplicações de fundição ou forjamento. Na história recente, a comunidade AM começou a referir-se informalmente a estes materiais como a primeira geração de materiais AM. Nos últimos sete anos, tem havido esforços selecionados para explorar e promover a melhoria no desempenho do material, modificando as características físicas e químicas da matéria-prima. Estes podem incluir a modificação de adições de liga selecionadas (para o limite inferior ou superior da faixa de concentração especificada do elemento de liga) ou ajustes na distribuição do tamanho das partículas do material no caso de metais em pó e são referidos como a segunda geração de materiais AM. A terceira geração são ligas desenvolvidas com AM como principal método de fabricação que podem apresentar composições químicas substancialmente diferentes daquelas disponíveis comercialmente.

Brandon Ribic, diretor de tecnologia da America Makes, fala sobre o desenvolvimento atual de ligas para manufatura aditiva, o que os fabricantes podem esperar nos próximos anos e a importância do compartilhamento de dados.

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A modificação de ligas antigas ou o desenvolvimento de ligas inteiramente novas para AM oferecem uma ampla gama de benefícios potenciais, incluindo melhor desempenho do produto, maior rendimento e produtividade e redução de custos de pós-processamento. Apesar desses benefícios, o desenvolvimento e a qualificação de ligas por meio de abordagens confiáveis ​​existentes podem encontrar riscos e desafios onde o custo e o tempo de colocação no mercado podem comprometer a adoção na lista de materiais de produção ou o cumprimento dos critérios de retorno sobre o investimento. Em muitos casos, os esforços de investigação e desenvolvimento terão de abordar diretamente estes desafios para escalar e fornecer soluções materiais viáveis. A comunidade AM deve reconhecer estes riscos para limitar as consequências nos prazos de desenvolvimento e aumentar a probabilidade de sucesso de esforços futuros.

Existem oportunidades para o desenvolvimento e validação de novas ferramentas, técnicas e métodos para acelerar o desenvolvimento de ligas para processos AM. Prevê-se que permitir meios mais rápidos e económicos para qualificar e certificar ligas aumente a competitividade da produção nacional, bem como promova uma industrialização mais ampla de materiais AM e designs de produtos para indústrias como a defesa, aeroespacial, médica, automóvel, energia e nuclear.

A America Makes tem discutido oportunidades de desenvolvimento de ligas com a cadeia de fornecimento doméstica de AM desde o início de 2021 e reuniu insights de mais de 100 organizações. Uma consideração vital para qualquer esforço de desenvolvimento material é começar com o final da jornada em mente. Dito isto, o desenvolvimento de ligas é mais frequentemente motivado pelo desejo de realizar melhorias específicas do produto, incluindo:

O aumento das características químicas e físicas das matérias-primas metálicas pode afetar a capacidade de um processo AM de produzir certas geometrias de forma rápida e repetitiva. Além disso, essas características podem ter efeitos não intencionais significativos na microestrutura e nas propriedades mecânicas do material as-built. Reconhecendo estes riscos, é importante incluir várias abordagens faseadas para avaliar como as características da matéria-prima influenciam a qualidade do material, tanto nas formas intermediárias como finais. A densidade e a microestrutura do material podem ter uma influência significativa na inspecionabilidade, tolerância a danos e certificação. A composição química e as características físicas também podem levar a defeitos resultando em qualidade inaceitável do material. Os esforços de desenvolvimento devem considerar estes factores, pois podem causar fissuras ou outras descontinuidades.