Fabricação aditiva de titânio por laser, feixe de elétrons e arco elétrico

As ligas de titânio combinam alta resistência específica, resistência à corrosão e capacidade de suportar altas temperaturas, mas o processamento convencional é caro e difícil. A manufatura aditiva constrói componentes com forma quase final, camada por camada, tornando-a uma opção atraente para peças complexas dos setores aeroespacial e médico. As principais fontes de energia são lasers, feixes de elétrons e arcos elétricos.

Fabricação aditiva a laser

Fusão Seletiva a Laser

A fusão seletiva a laser utiliza um feixe de laser focalizado para derreter camadas sucessivas de um leito de pó, de acordo com os dados do modelo dividido em fatias. Após a solidificação de uma camada, a plataforma de construção desce, um novo leito de pó é espalhado e o ciclo se repete.

Parâmetros do processo, como potência do laser, velocidade de varredura, espessura da camada, espaçamento entre traços e estratégia de varredura, controlam a densidade, os defeitos, a tensão residual e a textura. Um estudo sobre o Ti-6Al-4V citado na fonte relata que o recozimento completo a 840 °C por 2 h altera a microestrutura do material recém-impresso e melhora sua uniformidade.

Deposição de metal por laser

A deposição de metal a laser alimenta pó ou fio diretamente em um banho de fusão criado pelo laser. Ela permite a fabricação de peças maiores e o reparo de componentes caros, mas a precisão da deposição e a qualidade da superfície são, em geral, inferiores às da fusão em leito de pó. A solidificação direcional rápida pode produzir grãos colunares grosseiros do tipo prior-beta e uma estrutura em trançado, conforme demonstrado para o Ti-17.

Os processos a laser oferecem alta precisão e aproveitamento do material, mas o custo do pó, a tensão residual, o tamanho limitado da peça fabricada, a estabilidade do processo e a necessidade de pós-processamento continuam sendo limitações.

Fabricação aditiva por feixe de elétrons

A fusão por leito de pó com feixe de elétrons opera no vácuo e pré-aquece o leito de pó, reduzindo os gradientes térmicos e a tensão residual. É bastante adequada para ligas reativas de titânio e pode atingir altas taxas de construção, embora o acabamento superficial e a precisão dimensional sejam, em geral, inferiores aos da fusão por leito de pó a laser.

A fonte relata que o Ti-6Al-4V produzido por fusão em leito de pó pode manter boa ductilidade criogênica, com alongamento de cerca de 20% a 20 K e 29% a 77 K, e atribui esse comportamento à geminação por deformação.

Fabricação Aditiva por Arco Elétrico com Fio

A manufatura aditiva por arco elétrico com fio utiliza um arco elétrico e fio como material de alimentação. Sua alta taxa de deposição e o baixo custo do material de alimentação tornam essa técnica adequada para peças estruturais de grandes dimensões; no entanto, a entrada de calor é elevada, a precisão dimensional é menor e pode ser necessária uma usinagem substancial. O ciclo térmico pode criar faixas macroscópicas e microestruturas heterogêneas nos depósitos de Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V.

Qual processo de manufatura aditiva de titânio você deve escolher?

Os trabalhos futuros estão se voltando para compósitos com matriz de titânio, ligas para operação acima de 600 °C e reforços em nanoescala, como TiB e TiC. O monitoramento confiável, a simulação, o controle de defeitos e regras de projeto específicas para cada processo serão essenciais para uma adoção industrial mais ampla.