Pesquisadores desenvolvem sistema de fabricação aditiva de peças multimateriais com base em sistemas de aglutinante termoplástico

O novo sistema IKTS pode ser usado para fazer peças altamente complexas, como o sistema de ignição de um motor de propulsão de satélite feito de cerâmica.

Por: Fraunhofer Institute IKTS 25/09/2020  

A manufatura aditiva é atualmente uma das tendências mais significativas da indústria. Agora, uma equipe do Instituto Fraunhofer de Tecnologias e Sistemas Cerâmicos IKTS desenvolveu um sistema Multi Material Jetting que permite que diferentes materiais sejam combinados em uma única peça manufaturada aditivamente. Isso torna possível criar produtos com propriedades ou funções combinadas. O novo sistema pode ser usado com materiais de alto desempenho, como cerâmica e metal.

As tecnologias de manufatura aditiva, como a impressão 3D, envolvem a construção de um produto desejado, camada por camada, em vez de produzi-lo a partir de uma única peça. Isso permite uma fabricação personalizada de alta precisão com características de produto precisamente definidas - e a tecnologia está sendo continuamente aprimorada. Embora os primeiros anos da fabricação de aditivos tenham sido dominados por polímeros, isso se expandiu há algum tempo para incluir metais e materiais à base de cerâmica.

O Fraunhofer IKTS deu agora mais um grande passo em frente. Os pesquisadores desenvolveram um sistema que permite a fabricação aditiva de peças multimateriais com base em sistemas de aglutinante termoplástico. Conhecido como Multi Material Jetting, ou MMJ, esse processo combina diferentes materiais e suas várias propriedades diferentes em um único produto. “No momento, podemos processar até quatro materiais diferentes de uma vez”, diz Uwe Scheithauer, pesquisador da Fraunhofer IKTS. Isso abre as portas para uma ampla gama de aplicações, permitindo que as empresas produzam componentes multifuncionais altamente integrados com propriedades definidas individualmente.

Produtos manufaturados gota a gota

O novo sistema fabrica peças em um processo contínuo. Na primeira etapa, o pó cerâmico ou metálico com o qual será feita a peça é distribuído homogeneamente em uma substância ligante termoplástica. As lamas produzidas desta forma são carregadas em sistemas de microdosagem (MDS) para iniciar o processo de fabricação real. Essas pastas são derretidas no MDS a uma temperatura de cerca de 100 graus Celsius, criando uma substância que pode ser liberada em gotículas muito pequenas. Os pesquisadores do IKTS também desenvolveram um programa de software correspondente para garantir o posicionamento preciso das gotas durante a fabricação. Os sistemas de microdosagem operam em um processo de alta precisão controlado por computador, depositando as gotas uma a uma exatamente no local certo. Isso aumenta gradualmente a peça, gota a gota, a taxas de até 60 mm e 1.000 gotas por segundo. O sistema trabalha com tamanhos de gotas entre 300 e 1000 μm, criando camadas depositadas com alturas entre 100 e 200 μm. O tamanho máximo das peças que podem ser fabricadas atualmente é 20 × 20 × 18 centímetros. “O fator crítico aqui é a dosagem customizada das pastas de metal ou cerâmica. Obter a dosagem certa é a chave para garantir que o produto final fabricado aditivamente assuma as propriedades e funções necessárias durante a sinterização subsequente no forno, incluindo propriedades como resistência, condutividade térmica e condutividade elétrica ”, diz Scheithauer.

Motor satélite de cerâmica com ignição embutida

O novo sistema IKTS pode ser usado para fazer peças altamente complexas, como o sistema de ignição de um motor de propulsão de satélite feito de cerâmica. As câmaras de combustão do motor satélite atingem temperaturas extremamente altas, portanto, a capacidade da cerâmica de suportar o calor as torna a escolha ideal de material. O MMJ pode ser usado para produzir um sistema de ignição diretamente integrado ao motor. Este sistema de ignição combina áreas eletricamente condutoras e isolantes em um único componente extremamente robusto. Nesse caso, o processo MMJ requer três sistemas de dosagem: um para um material de suporte que se desintegra durante o tratamento térmico no forno, um segundo para o componente eletricamente condutor e um terceiro para o componente eletricamente isolante. A MMJ também tem muitas aplicações concebíveis no mercado de produtos de consumo - por exemplo, uma moldura de relógio de cerâmica de dois tons feita para um cliente individual como um item único.


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Graças à sua alta precisão e flexibilidade, o sistema MMJ é adequado para mais do que apenas fabricar componentes multifuncionais. “Também poderíamos usar para fazer blanks para peças de metal duro, por exemplo. Graças à tremenda precisão dos sistemas de dosagem, os contornos dos blanks já estariam muito próximos aos do produto final. Portanto, eles exigiriam muito pouca moagem subsequente em comparação aos métodos convencionais. Essa é uma grande vantagem quando você está trabalhando com carboneto”, diz Scheithauer.

Validação e comercialização

O projeto da Fraunhofer IKTS demonstrou que a tecnologia também funciona na prática e é escalonável. O próximo passo é validar a tecnologia para uso industrial. Além de fornecer o hardware, a Fraunhofer IKTS também pode ajudar os clientes da indústria a desenvolver os materiais e o software necessários para o monitoramento e automação de processos. Os clientes podem, portanto, obter tudo de uma única fonte, tudo sob medida para seus requisitos específicos

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