A impressão 3D em metal utiliza pós, fios e ligas líquidas especializadas para produzir peças complexas e personalizadas. Esta visão geral abrange aços inoxidáveis, ligas de alumínio, ligas de titânio, ligas à base de níquel e cobalto, ligas de cobre e metais líquidos à base de gálio. Ela identifica classes representativas, como 316L, 17-4PH, AlSi10Mg, Ti6Al4V, Inconel 718 e CoCr28Mo6, e explica como a condutividade, a resistência mecânica, a resistência à corrosão, a biocompatibilidade, a absorção de laser e o desempenho em altas temperaturas influenciam as aplicações nos setores aeroespacial, médico, automotivo, eletrônico e de equipamentos industriais. O artigo mantém as condições de processo, unidades, classes de materiais e relações técnicas relatadas na fonte para referência prática.
Os metais são materiais com boa condutividade elétrica, condutividade térmica e plasticidade. Normalmente, são compostos por elementos metálicos ou ligas e apresentam alta resistência, dureza e resistência à corrosão. Os metais são utilizados em toda a indústria de manufatura, construção civil, eletrônica e setor aeroespacial. Suas propriedades físicas, químicas e de processamento os tornam importantes não apenas na manufatura convencional, mas também na impressão 3D em metal.
Os metais atualmente utilizados na impressão 3D incluem aço inoxidável, ligas de titânio, ligas de alumínio, ligas de níquel, ligas de cobre e ligas de ferro. Esses materiais geralmente apresentam alta resistência e dureza e, muitas vezes, são difíceis de usinar por meios convencionais, o que torna a manufatura aditiva uma opção atraente. Os pós metálicos para impressão 3D normalmente exigem alta pureza, boa esfericidade, uma distribuição estreita do tamanho das partículas e baixo teor de oxigênio. Processos como a fusão seletiva a laser e a fusão por feixe de elétrons podem produzir rapidamente peças metálicas personalizadas com formas complexas.
O aço inoxidável é composto por ferro, cromo, níquel e outros elementos de liga, sendo o cromo o principal elemento adicionado. Ele oferece boa soldabilidade, resistência à corrosão química, resistência a altas temperaturas, desempenho mecânico e propriedades higiênicas adequadas para contato com alimentos e produtos farmacêuticos. O pó de aço inoxidável é fácil de moldar, simples de preparar e relativamente barato, o que o torna um dos primeiros metais utilizados na impressão 3D.
As aplicações incluem peças estruturais e de suporte de carga, tubos, vasos, portas, janelas, corrimãos, produtos decorativos, equipamentos para processamento de alimentos, dispositivos médicos e equipamentos químicos. Os tipos de aço inoxidável comumente utilizados na impressão 3D em metal incluem os austeníticos 316L e 304L e os martensíticos de endurecimento por precipitação 15-5PH e 17-4PH.
As ligas de alumínio combinam o alumínio com elementos como cobre, zinco e magnésio. Suas propriedades específicas dependem dos tipos e das quantidades dos elementos de liga. As ligas de alumínio apresentam baixa densidade, alta resistência específica e rigidez, boa moldabilidade e plasticidade, boa resistência à corrosão e resistência à fadiga relativamente alta. São amplamente utilizadas nos setores aeroespacial, de transporte, de construção, de produtos eletromecânicos, na indústria leve e em bens de consumo.
As ligas de alumínio utilizadas na impressão 3D em metal incluem AlSi12, AlSi10Mg, AlSi7Mg, Al-Si9Cu3, 6060 e 6061. O AlSi12 é um pó leve com boas propriedades térmicas e é adequado para peças aeroespaciais e automotivas de paredes finas, como trocadores de calor. O AlSi10Mg oferece alta resistência e dureza para peças de paredes finas e geometrias complexas, especialmente quando são necessários bom desempenho térmico e baixa massa.
As ligas de titânio combinam alta resistência com baixa densidade, boa tenacidade, resistência à corrosão e biocompatibilidade. Elas são importantes em aplicações médicas, aeroespaciais e automotivas. O titânio é um material tipicamente difícil de usinar: apresenta baixa usinabilidade e absorve facilmente hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono durante o processamento a quente. A impressão 3D em metal é especialmente adequada, pois permite formar estruturas complexas, mantendo propriedades mecânicas úteis. Sua atmosfera protetora limita as reações com oxigênio e nitrogênio, enquanto o aquecimento e resfriamento rápidos e localizados limitam a evaporação dos elementos de liga.
Os materiais de titânio atualmente utilizados na impressão 3D incluem o titânio comercialmente puro, o Ti6Al4V (TC4) e o Ti6Al17Nb. As principais aplicações incluem componentes aeroespaciais e implantes humanos, como ossos e dentes.
As ligas à base de níquel mantêm alta resistência mecânica e resistência à oxidação e à corrosão em temperaturas entre 650 e 1.000 °C. Suas propriedades mecânicas e resistência à oxidação e à corrosão a quente são adequadas para serviços em altas temperaturas e sob altas tensões. As ligas de níquel fabricadas por manufatura aditiva podem ser utilizadas em componentes da seção quente de motores aeronáuticos, como discos e pás de turbina, melhorando a estabilidade e a eficiência térmica do motor. Uma liga à base de níquel contendo titânio 50% em massa apresenta um forte efeito de memória de forma e é utilizada em estruturas de espaçonaves e motores de corações artificiais. As superligas de níquel maduras para impressão 3D incluem o Inconel 625 (IN625), o Inconel 718 (IN718) e o Inconel 939 (IN939).
As ligas à base de cobalto contêm cobalto como elemento principal, juntamente com níquel, cromo, tungstênio e pequenas quantidades de molibdênio, nióbio, tântalo, titânio, lantânio e outros aditivos. Sua alta resistência, resistência à corrosão e biocompatibilidade levaram ao seu uso precoce em próteses articulares. Atualmente, são amplamente utilizadas para próteses dentárias personalizadas e componentes de motores. Os tipos comuns para impressão 3D incluem Co212, Co452, Co502 e CoCr28Mo6.
As ligas de cobre têm o cobre como elemento base. Como o cobre possui propriedades antimicrobianas, essas ligas são utilizadas em equipamentos médicos e em produtos frequentemente manuseados, como maçanetas de portas públicas. O pó de cobre apresenta alta refletividade ao laser e baixa absorvância, por isso foi considerado por muito tempo difícil de imprimir. Nos últimos anos, porém, muitas empresas conseguiram realizar a impressão 3D com ligas de cobre. As matérias-primas disponíveis incluem pós de ligas de cobre, compósitos com matriz de cobre e fios de ligas de cobre.
Os metais líquidos utilizados na impressão 3D são, normalmente, ligas de gálio-índio não tóxicas que permanecem líquidas à temperatura ambiente, incluindo ligas de gálio-índio e de gálio-índio-estanho. Sua superfície endurece quando exposta ao ar, enquanto o interior permanece líquido. Sua condutividade elétrica possibilita a impressão de placas de circuito com metal líquido.
Em 2017, o Laboratório de Criogenia e Ciências Médicas do Instituto Técnico de Física e Química da Academia Chinesa de Ciências propôs a impressão 3D com metal líquido suspenso. O processo utiliza uma liga líquida de gálio-índio como material de impressão e um hidrogel autocurável como suporte. Um bico extrude continuamente o metal líquido à temperatura ambiente, enquanto o hidrogel sustenta e fixa sua forma. A deposição camada por camada cria estruturas metálicas tridimensionais altamente complexas e flexíveis. As possíveis aplicações incluem eletrônicos 3D flexíveis, montagem de robôs macios, encapsulamento de materiais e biomedicina.
Ouro, prata, nióbio, zircônio, ligas de magnésio e outros metais também podem ser impressos em 3D.
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