Com a fabricação aditiva (AM, additive manufacturing), podemos produzir designs de metal complexos que não são possíveis usando métodos tradicionais. No entanto, sem o pós-processamento, as peças fabricadas seriam apenas um lindo design, excessivamente frágil ou porosas para serem usadas em aplicações reais.

Embora o pós-processamento envolva de remoção de peças a tratamento de superfícies, uma das etapas mais importantes do pós-processamento é o tratamento térmico.

"Aço, ferro e muitos outros elementos são materiais polimorfos, o que significa que eles exibem diferentes fases cristalográficas em diferentes domínios de temperatura e pressão", diz Markus Schneider, gerente de modelagem, simulação e fadiga da GKN Sinter Metals da Alemanha. "Consequentemente, as propriedades dos seus materiais - químicas, térmicas, elétricas, magnéticas ou mecânicas - são diferentes porque resultam da microestrutura correspondente. O tratamento térmico é uma forma essencial de adaptar essas propriedades do material."

Uma linda ideia sustentável

Na verdade, diz ele, o tratamento térmico é uma ferramenta tão eficiente que seria quase possível usar apenas uma liga e modificá-la para todas as necessidades e requisitos especiais.

"É uma ideia belíssima e mais sustentável também, já que o processo de reciclagem seria muito mais fácil", diz Schneider. "Contudo, tratamentos térmicos sozinhos não podem cobrir todo o espectro de propriedades do material. Com certeza, ainda há a necessidade de elementos e métodos especiais de macro e micro ligas. A combinação certa de materiais e tratamentos térmicos é essencial."

Outro forte argumento para o tratamento térmico é o princípio de engenharia da qualidade local. "Considerações econômicas e ambientais nos levam a um design de peças mais inteligente," diz. “Em muitos casos, as propriedades do material a granel não têm a mesma importância que as propriedades do material da superfície, pois a superfície protege a estrutura contra ataques de agentes químicos, térmicos ou mecânicos. Este insight oferece suporte a diversos pós-tratamentos, como revestimento, pulverização catódica, galvanização e tratamento térmico."

Alívio de tensão

Uma razão comum para a aplicação de tratamento térmico pós-processo na AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) é o alívio da tensão residual. A tensão residual é causada pelo aquecimento e resfriamento do metal conforme a peça é criada camada a camada. Essas tensões internas devem ser aliviadas antes que a peça seja removida da placa de impressão; caso contrário, a peça pode entortar ou mesmo rachar. "Esse método é uma experiência revolucionária quando estruturas planas e finas precisam ser impressas", diz Schneider.

Outros processos de tratamento térmico destinam-se a dar à peça específica suas propriedades finais. A gama de opções de tratamento térmico é semelhante à das tecnologias concorrentes, como usinagem, fundição, estampagem ou forjamento, embora um pouco menor já que o número de materiais disponíveis para AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) é baixo em comparação com outros processos.

"Entretanto, em geral não vejo razão para não aplicar todo o espectro de tratamento térmico", diz Schneider. "Alguns métodos não terão a mesma importância que nas outras indústrias. Por exemplo, a cementação por indução é ótima para peças simétricas e de formato regular, como anéis, tubos e engrenagens. O fator limitante é a forma do indutor, que deve ser adaptada ao formato da peça e à cinemática. As peças AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) com formas complexas serão um desafio. Há também uma forte desvantagem econômica - a cementação por indução é ótima para grandes lotes, pois o esforço de automatização é significativo."

De que forma o método de AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) é vinculado à escolha do tratamento térmico?

"A maioria dos tratamentos térmicos está vinculada à composição química, e não à tecnologia de impressão", diz Schneider. "No entanto, para métodos de AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) de uma etapa, como fusão de cama de pó e depósito de energia direto, você pode agrupar em termos de calor introduzido e distribuição de calor. Podem ser necessários recozimento suave e tratamentos de alívio de tensão residual, se houver uma distribuição de calor alta e não uniforme (gradientes de temperatura, aquecimento ou resfriamento rápido). Em métodos de AM (additive manufacturing, fabricação aditiva) de duas etapas, como jateamento agregante, a sinterização faz parte do processo de fabricação para consolidar a parte verde após a impressão."

Escolhendo o processo

Como a escolha dos processos de tratamento térmico está normalmente ligada à composição química do material, muito conhecimento pode ser adotado a partir dos procedimentos de tratamento térmico para estruturas soldadas, diz Schneider.

Algumas peças, entretanto, requerem um tipo especial de tratamento térmico, dependendo das cargas, requisitos e aplicações esperados. Por exemplo, as engrenagens de aço serão temperadas, e as peças do chassi de alumínio envelhecerão.

"A melhor maneira é fazer testes", diz Schneider. "Prepare cupons de teste de fadiga - ou qualquer outro tipo de cupom de teste - e faça uma linhan S-N com e sem tratamento térmico. Teste a resistência à corrosão (aços inoxidáveis), a condutividade térmica (cobre), a resistência (alumínio), a taxa de fluência (materiais à base de níquel e titânio) e assim por diante, com e sem tratamento térmico. Compare os valores médios e os desvios padrão correspondentes."

Mais do que dureza a considerar

Schneider diz que um erro comum é acreditar que a dureza é o fator mais importante para o tratamento térmico pós-processo de AM (additive manufacturing, fabricação aditiva).

"Infelizmente, ainda é muito comum correlacionar tudo com a dureza", diz ele. "O tratamento térmico deve ser aplicado para tornar o produto mais confiável, previsível e valioso. Para obter um produto confiável, você precisa conhecer as sensibilidades do material em relação a entalhes, tensões estáticas e cíclicas, suas tensões residuais, endurecimento por trabalho, defeitos internos e rugosidade, sua resposta ao tratamento térmico e dependência de densidade, o material e a dispersão de fabricação, bem como o efeito de sua composição química."