Qual é o volume de construção típico do SLS metálico e como são feitas peças grandes?
Do ponto de vista de engenharia e manufatura, o volume de construção dos sistemas de SLS metálico (também conhecido como DMLS ou LPBF) é um fator crucial para determinar a viabilidade de produzir componentes grandes em uma única peça. Embora máquinas padrão ofereçam volumes substanciais, a indústria desenvolveu metodologias robustas para lidar com peças que excedem essas dimensões.
Volumes Típicos de Construção de Metal SLS
O envelope de construção para sistemas industriais de metal SLS não é padronizado, mas situa-se em faixas comuns. A maioria das máquinas de produção convencionais de fabricantes como EOS, SLM Solutions e 3D Systems oferece volumes aproximados:
Faixa Industrial Padrão: Aproximadamente 250 mm x 250 mm x 325 mm a 400 mm x 400 mm x 400 mm (10" x 10" x 13" a 15,7" x 15,7" x 15,7"). Este tamanho acomoda a grande maioria dos componentes para indústrias como aeroespacial e aviação (suportes, bicos) e dispositivos médicos (implantes).
Sistemas de Grande Formato: Para aplicações mais exigentes, estão disponíveis máquinas de grande formato. Sistemas de empresas como Velo3D, SLM Solutions e GE Additive podem oferecer volumes de até 600 mm x 600 mm x 600 mm ou mesmo 800 mm x 400 mm x 500 mm. Estes são usados para componentes estruturais maiores, carcaças de turbinas e segmentos substanciais de máquinas industriais.
Estratégias para Produção de Peças Maiores
Quando as dimensões de uma peça excedem o volume de construção disponível, várias estratégias de engenharia são empregadas:
Segmentação da Peça (Mais Comum): O componente é dividido de forma inteligente em múltiplos segmentos que se encaixam na câmara de construção. Isso requer engenharia cuidadosa para projetar os pontos de conexão.
Recursos de Junção Integrados: Segmentos são projetados com recursos de encaixe, flanges ou geometria de lingueta e sulco para garantir alinhamento preciso.
Junção Pós-Processamento: Os segmentos são unidos após a impressão e pós-processamento usando métodos de alta integridade. A técnica preferida é geralmente soldagem (TIG ou feixe de elétrons), que cria uma estrutura monolítica, ou brazing a vácuo para certas ligas. Para juntas não permanentes ou inspecionáveis, fixadores mecânicos podem ser utilizados através de padrões de parafusos projetados.
Manufatura Híbrida: Neste caso, um substrato grande e simples é produzido usando um método convencional, como usinagem CNC ou fundição. Os recursos complexos e otimizados por topologia são então adicionados neste substrato usando o processo de SLS metálico. Este método é eficiente para canais de resfriamento intrincados ou treliças leves em uma peça base grande.
Otimização do Design para o Envelope: Frequentemente, a peça pode ser orientada diagonalmente dentro da câmara de construção para maximizar o comprimento imprimível em uma única dimensão. O design também pode ser otimizado para reduzir a pegada total sem sacrificar a função.
Considerações de Engenharia para Peças Grandes
Gestão de Tensões: Peças grandes estão sujeitas a tensões térmicas residuais significativas durante a impressão. Isso requer desenvolvimento cuidadoso de parâmetros e, frequentemente, tratamento térmico de alívio de tensões enquanto a peça ainda está na placa de construção para evitar distorção ou fissuração.
Estruturas de Suporte: Superfícies grandes e planas são propensas a empenamento. Estruturas de suporte extensas e robustas são necessárias, aumentando o consumo de material, tempo de construção e trabalho de pós-processamento para remoção.
Gerenciamento de Pó: Construções grandes consomem uma quantidade substancial de pó metálico caro. O custo e o manuseio desse pó, incluindo peneiramento e reciclagem para reutilização, tornam-se fatores significativos.
Desafios de Pós-Processamento: Manuseio, jateamento e tratamento térmico de peças muito grandes exigem equipamentos industriais igualmente grandes, como fornos superdimensionados para Hot Isostatic Pressing (HIP).
Em resumo, embora o volume de construção típico do metal SLS seja suficiente para muitas aplicações, a tecnologia não é limitada por ele. Por meio de segmentação estratégica, abordagens híbridas e equipamentos de grande formato especializados, a indústria de manufatura consegue produzir com sucesso componentes metálicos muito grandes e complexos, aproveitando a liberdade de design da manufatura aditiva.
