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Impressão 3D para metais: sinterização indireta e seletiva a laser

Processo: 16/14141-3
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
Vigência: 01 de junho de 2017 - 30 de novembro de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Processos de Fabricação
Pesquisador responsável:Daniel Rodrigues
Beneficiário:Daniel Rodrigues
Empresa:Brats Indústria e Comércio de Produtos Metálicos Especiais Ltda. - ME
Município: Cajamar
Pesquisadores principais:José Maria Mascheroni ; Murilo Alexandre Fendrich
Pesq. associados: Daniel Juan Pagano ; Marcos Flavio de Campos ; Rodrigo Botan
Assunto(s):Sinterização  Fusão seletiva a laser  Impressão tridimensional  Manufatura  Metais 

Resumo

Muito se tem falado, publicado e produzido recentemente sobre impressão 3D. Para materiais poliméricos já é uma realidade, considerando diversos processos voltados para prototipagem ou mesmo para produção em escala. Para metais, no entanto, há ainda uma certa insegurança quanto à melhor alternativa técnica e econômica. Grandes fabricantes de equipamentos para manufatura aditiva de metais tem apresentado soluções, e uma das mais defendidas é o que se define como Fusão Seletiva a Laser. Embora alguns fabricantes procurem denominar o processo com sendo sinterização, o que ocorre de fato é uma fusão, camada-a-camada, de uma região selecionada por um modelo digital que "movimenta" um feixe de laser, neste caso de alta intensidade. A fusão camada a camada possui duas desvantagens: o pó deve possuir características físicas tão específicas que faz com que seu custo seja elevado; e o fato de envolver fusão faz com que a microestrutura do produto final tenha todos os inconvenientes de uma bruta de fundição, como segregação. Por conta disto, alternativas como a "sinterização indireta a laser", objeto deste projeto parecem oportunas. Neste caso o pó metálico é misturado com uma fração de material polimérico, e a mistura alimenta, camada à camada, uma câmara que sofre ação seletiva de laser de baixa intensidade que "sinteriza" a parte orgânica, conferindo ao produto a forma desejada e contida no modelo digital. A seguir o produto passa por uma etapa de "debinding" seguida de sinterização, como feito, aproximadamente, em Moldagem de Pós por Injeção, ou MIM (Metal Injection Moulding). Neste contexto, duas empresas, a BRATS (www.brats.com.br) e a ALKIMAT (www.alkimat.com.br) uniram esforços para viabilizar o processo pelo menos para um produto, filtro sinterizado em aço inoxidável, que hoje a BRATS produz. Dois expertises, um em manufatura aditiva a laser (ALKIMAT) e outro em Metalurgia do Pó fez com que as empresas chegassem a um ponto onde um projeto direto na Fase II parece ser o mais adequado. A ALKIMAT possui uma máquina "piloto" funcionando e que foi testada na manufatura de filtros Sinterizados, sendo que "debinding" e a sinterização vem sendo conduzidos pela BRATS. O objetivo deste projeto seria, portanto, melhorar a capacidade de produção de meios porosos em aço inoxidável, com maior flexibilidade de forma e tamanho (comparativamente com processo convencional de compactação uniaxial e sinterização) e ingressar em componentes "estruturais" (densidades superiores a 95% da relativa) também em aço inoxidável. Para isto, seria necessário um "scale up" do protótipo (máquina) para sinterização a laser, e um esforço importante no condicionamento da matéria prima, no que se refere aos tipos de pós e materiais poliméricos e principalmente à uma boa mistura entre estes componentes, garantindo uma boa alimentação (escoabilidade), camada-a-camada, e um "debinding" adequado, sem distorções, e uma sinterização efetiva, na produção de um meio poroso, se for o caso, ou denso, para aplicações para as quais as propriedades mecânicas e resistência à corrosão sejam condicionantes. A metodologia empregada neste projeto envolverá: consolidação do processo, usando equipamento piloto, na produção de meios porosos (filtros) em aço inoxidável; melhorias quando ao condicionamento do feedstock (mistura de pó metálico com material orgânico); projeto e construção de equipamento flexível e de uso semi-industrial (ou pré-industrial); validação deste equipamento para as aplicações apresentadas aqui (meio poroso e componente denso) e adequação do processo e avaliação preliminar quanto à sua utilização para outros produtos, o que vai depender das demandas oriundas de diversos setores que fazem parte do networking das empresas proponentes. A equipe do projeto, ponto forte desta proposta, será composta por profissionais altamente qualificados, de ambas as empresas, e com larga experiência em manufatura a laser e metalurgia do pó. (AU)