A fabricação aditiva (AM, additive manufacturing) remonta à década de 1980, quando o primeiro software de computação gráfica chegou ao mercado e possibilitou a criação de modelos 3D no computador. Cientistas e inventores encontraram uma maneira de converter os modelos em realidade, e assim nasceu a impressão 3D. A solução permaneceu a mesma por quase 40 anos: Um objeto é construído camada por camada, usando um material fundido.
Por muitos anos, a impressão 3D foi essencialmente uma maneira rápida de produzir protótipos de polímero. No entanto, ao longo das últimas duas décadas, diversos processos de fabricação aditiva baseados em metais foram desenvolvidos e foram amplamente disponibilizados para a produção de volumes maiores de componentes.
A fabricação aditiva oferece muitas vantagens exclusivas, como liberdade de projeto incomparável, ciclos curtos do projeto à peça acabada e possibilidade de minimizar o desperdício de material. Componentes que nem mesmo seriam possíveis há alguns anos agora podem ser fabricados com padrões elevados, usando uma ampla gama de metais em pó.
Maior demanda por qualidade
No entanto, a mudança para a produção de peças metálicas prontas para o uso apresenta novos desafios para o setor de fabricação aditiva, afirma Todd Palmer, professor de ciência da engenharia, engenharia mecânica e ciência dos materiais na Pennsylvania State University nos Estados Unidos.
“A mudança da prototipagem para a produção aumenta a demanda por qualidade e os requisitos para a produção de peças em ordens de magnitude”, afirma Palmer. “É um desafio repetir um processo de maneira idêntica várias vezes. Com o processo de AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) e a complexidade da metodologia de construção camada por camada, as janelas de processamento se tornarão muito menores do que as usadas em processos de forja mais tradicionais. Essas janelas menores e as condições de ciclagem térmica mais rápida criarão problemas significativos para a qualidade, especialmente com o aumento contínuo dos volumes de produtos.”
Para obter a mesma qualidade de peças dos processos de fabricação subtrativa tradicionais, é necessário realizar tratamento térmico pós-processamento, independentemente da metodologia de fabricação aditiva.
“A necessidade do tratamento térmico está essencialmente associada aos materiais, e as ligas usadas em AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) de metal exigem algum tipo de tratamento térmico pós-processo”, diz Palmer. “Se não for usado, será impossível fazer com que o material alcance a microestrutura e as propriedades desejadas.”
Potencial de repetibilidade com tratamento térmico
“Em termos de qualidade, o papel do tratamento térmico pode ser vinculado à repetibilidade do processo e a uma menor dispersão dos dados”, afirma Palmer. “Intervalos estreitos de propriedades são atraentes para designers, uma vez que o nível de certeza aumenta e os fatores de segurança necessários para as propriedades do material podem ser reduzidos com mais confiança.”
A repetibilidade de peças de alta qualidade é essencial para que a AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) seja sequer considerada para a produção de maiores volumes de componentes e componentes com dimensões maiores, diz ele. “Inicialmente, a AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) foi desenvolvida como ferramenta de prototipagem para peças personalizadas de baixo volume. A produção em massa ainda é relativamente nova. Será um desafio manter um alto nível de qualidade.”
Palmer diz que muito trabalho está sendo dedicado à detecção e ao monitoramento de processos e ao desenvolvimento de ferramentas para tentar detectar defeitos formados nas construções. No entanto, para que o uso da AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) torne-se mais difundido, ele diz que é necessário dar mais atenção à pesquisa de materiais.
“Os materiais devem estar mais na vanguarda do que realmente estão”, disse ele. “Hoje, a AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) utiliza as mesmas ligas usadas nos processos de forja. O problema é que nós derretemos essas ligas com lasers e esperamos que se comportem da mesma maneira. Só que isso não acontece. No processo aditivo, o material e o componente são produzidos simultaneamente. Isso cria uma relação mais simbiótica entre o design, o processamento, a estrutura e as propriedades resultantes do material do que em sistemas de forja mais tradicionais.”
Palmer diz que o caminho certo é estabelecer abordagens de design integrado que permitam aos designers considerar os parâmetros dos materiais e do processamento como variáveis que podem ser ajustadas para um design de componente ideal.