Quais níveis de resistência 316L e 7075 atingem após a impressão 3D?

Do ponto de vista da manufatura e engenharia, os níveis de resistência do aço inoxidável 316L e do alumínio 7075 após a impressão 3D são resultado direto das microestruturas únicas formadas por processos como Direct Metal Laser Sintering (DMLS). É crucial entender que as propriedades "como-impresso" diferem significativamente das suas contrapartes trabalhadas e dependem fortemente dos parâmetros específicos de impressão e do pós-processamento subsequente.

Propriedades do Aço Inoxidável 316L em DMLS

O 316L produzido por DMLS normalmente apresenta maior resistência, mas ductilidade ligeiramente inferior em comparação à sua forma trabalhada recozida, devido à microestrutura extremamente fina e celular e às tensões residuais da solidificação rápida.

• Propriedades Mecânicas Típicas Como-Impresso (DMLS):

  • Resistência à Tração Última (UTS): 500 - 700 MPa

  • Limite de Escoamento (0,2% Offset): 400 - 550 MPa

  • Alongamento na Ruptura: 30 - 50%

• Comparação com 316L Trabalhado (Recozido):

  • UTS: ~485 MPa

  • Limite de Escoamento: ~170 MPa

  • Alongamento: ~40%

• Principais Conclusões: O 316L DMLS como-impresso apresenta limite de escoamento significativamente maior (frequentemente mais do que o dobro), mantendo excelente ductilidade e resistência à corrosão. Isso o torna adequado para aplicações exigentes nas indústrias de dispositivos médicos e aeroespacial.

• Efeito do Tratamento Térmico: O recozimento de alívio de tensões reduz as tensões internas com pequena perda de resistência. O recozimento em solução (recozimento completo) recristaliza a microestrutura, aproximando as propriedades dos valores do material recozido trabalhado, reduzindo significativamente o limite de escoamento, mas restaurando a ductilidade máxima.

Propriedades do Alumínio 7075 em DMLS

A situação para o alumínio 7075 é mais complexa e representa um desafio significativo para a fusão em leito de pó baseada em laser. O 7075 é uma liga de alta resistência endurecível por precipitação (Zn como elemento principal) altamente suscetível a fissuras por calor e fissuras de solidificação durante o resfriamento rápido na DMLS.

• Propriedades Mecânicas Típicas Como-Impresso (DMLS) (se o processamento sem fissuras for alcançado):

  • UTS: 200 - 350 MPa

  • Limite de Escoamento (0,2% Offset): 100 - 250 MPa

  • Alongamento na Ruptura: 1 - 5%

• Comparação com 7075-T6 Trabalhado:

  • UTS: ~570 MPa

  • Limite de Escoamento: ~500 MPa

  • Alongamento: ~10%

• Principais Conclusões: O 7075 padrão no estado DMLS como-impresso apresenta resistência e ductilidade drasticamente menores em comparação com o material T6 trabalhado. O processo frequentemente gera uma peça frágil com baixa densidade devido a microfissuras.

• Abordagens Especializadas e Alternativas:

  • Funcionalização com Nanopartículas: Pesquisas e processos especializados envolvem revestir o pó 7075 com nanopartículas (por exemplo, Zr ou TiB2) para nucleação de microestrutura de grão fino e supressão de fissuras, potencialmente alcançando resistência próxima de 500 MPa UTS após envelhecimento.

  • Ligas de Alumínio Alternativas para DMLS: Por essas razões, o padrão industrial para alumínio de alta resistência em DMLS é AlSi10Mg ou Scalmalloy®.

    • AlSi10Mg (como-impresso + envelhecido): UTS ~400 MPa, YS ~250 MPa. Oferece boa combinação de resistência, leveza e imprimibilidade.

    • Scalmalloy® (uma liga proprietária Al-Mg-Sc): UTS ~520 MPa, YS ~480 MPa, Alongamento ~10%. Atualmente é a liga de alumínio de maior resistência disponível para DMLS, projetada especificamente para manufatura aditiva.

Resumo e Implicações de Engenharia

Orientações de Engenharia:

1. Para Aplicações de Aço Inoxidável de Alta Resistência: DMLS 316L é uma excelente escolha, oferecendo limite de escoamento superior ao material trabalhado. Beneficia-se de passivação para resistência ótima à corrosão.

2. Para Aplicações de Alumínio de Alta Resistência: Evite 7075 padrão para DMLS. Especifique AlSi10Mg para bom desempenho geral ou Scalmalloy® para a máxima resistência possível. Essas peças podem ser ainda mais aprimoradas com anodização para proteção superficial.

3. Sempre Validar: As propriedades mecânicas são específicas do processo. Para aplicações críticas, sempre exija relatórios de teste de material do fornecedor de fabricação com base nos parâmetros específicos da sua construção.