A Carbolite Gero fabrica fornos para as diferentes etapas do processo de moldagem por injeção de pó metálico (PIM) e de produção aditiva (AM) de peças metálicas e cerâmicas

Muitos componentes metálicos fabricados por processos aditivos requerem uma solução de tratamento térmico com uniformidade de temperatura precisa. Desta forma garante-se que as peças fabricadas adquirem as propriedades adequadas.

A fase de tratamento térmico é realizada em atmosfera inerte (geralmente com argónio) para garantir que a parte sinterizada não seja contaminada por moléculas de oxigénio que possam alterar as propriedades químicas e físicas (porosidade) do componente final. Este processo inerte deve ser repetível com um fluxo de gás bem medido e monitorizado para atingir uma classificação AMS 2750E especificada pelo cliente. De facto, num exemplo específico, durante todo o processo de fabricação, a atmosfera é mantida a <1.000 ppm (0,1%) de oxigénio, que pode ser reduzido a 100 ppm (0,01%) se for utilizado um metal reativo como o titânio.

Os fornos da Carbolite Gero com instrumentação Tipo B cumprem os requisitos da AMS 2750E Classe 1 quando utilizados com uma réplica Inconel ou Haynes 230. Estão disponíveis em diversos tamanhos (Forno de laboratório CWF 13/65 ou Forno Industrial GPC 13/131, 13/200, 13/300, 13/350 e 13/405) com capacidades entre 1 e 4 bandejas de construção, ideais para peças fabricadas pelo processo DMLS.

Fornos de atmosfera modificada GPCMA, para eliminar tensões em peças fabricadas por SLM, até 1.200 °C com um teor de oxigénio de <30 ppm.

Os problemas mais comuns comunicados pelos utilizadores de fornos são a sua incapacidade de manter uma atmosfera inerte, a necessidade de grandes volumes de gases inertes dispendiosos ou a necessidade de equipamento adicional para retirar o tabuleiro ao carregar ou descarregar peças. Todos estes problemas foram superados pela Carbolite Gero para garantir menores custos operacionais diários, a eliminação da oxidação indesejada e uma uniformidade de temperatura ótima.

A Carbolite Gero oferece fornos adequados para as diferentes etapas do processo de moldagem por injeção de pó metálico e fabricação aditiva de peças metálicas e cerâmicas. Estes equipamentos podem ser usados na remoção térmica ou catalítica, secagem de peças após remoção com solvente, bem como sinterização sob gás protetor, hidrogénio ou vácuo.

A fabricação aditiva (AM) de metais pode ser dividida em processos diretos e indiretos. A Carbolite Gero desenvolveu a gama GPCMA para a produção direta e a HTK para a produção indireta.

No processo direto, o pó é fundido seletivamente e solidificado camada por camada.

Quando os pós metálicos são fundidos por laser (fusão seletiva por laser, ou SLM, e fusão por laser em leito de pó, ou PBF), é necessário um tratamento térmico adicional das peças fabricadas.

O processo SLM é controlado digitalmente, diretamente a partir de dados CAD em 3D. Para cada registo de dados CAD, uma camada fina e uniforme de pó de metal peneirado (liga de titânio Ti6Al4V, cromo cobalto, aço inoxidável, Inconel 625, ligas de níquel Inconel 718 e liga de alumínio AlSi10Mg) é depositada na placa de construção antes que as áreas selecionadas do pó sejam fundidas com precisão pelo laser. Este processo é repetido na fabricação, camada por camada, até que a peça acabada esteja completa.

O método SLM pode ser usado para fabricar peças de dimensões muito reduzidas, reproduzindo geometrias de outra forma impossíveis de reproduzir. As camadas podem ter uma espessura tão pequena quanto 20 mícrons e as tolerâncias em pequenos detalhes podem ser tão pequenas quanto +/-50 mícrons.

Atualmente, a taxa de implementação do processo SLM é relativamente baixa. É uma tecnologia que requere um investimento substancial em equipamentos e em materiais (pós metálicos).

No entanto, se se tratar de uma peça de até 250 x 250 x 350 mm, este pode ser o processo perfeito para empresas que requerem prototipagem rápida ou pequenas quantidades de peças complexas ou ‘impossíveis’, que serão posteriormente maquinadas, perfuradas, ranhuradas, fresadas, revestidas a pó, pintadas, polidas ou anodizadas.

O método SLM gera elevadas tensões residuais devido à concentração de energia e à formação de um gradiente de alta temperatura debaixo da massa fundida. A redução de tensões residuais requer um tratamento térmico adicional com temperatura uniforme e precisa. Para este efeito, o componente é mantido a uma determinada temperatura durante um período de tempo específico. A fase de tratamento térmico deve ser controlada com precisão para ajustar seletivamente os parâmetros mecânicos da liga metálica selecionada, aliviando eficazmente as tensões residuais.

Além disso, o tratamento térmico deve ser realizado num ambiente inerte, de forma a garantir que a parte sinterizada não seja contaminada por moléculas de oxigénio que possam alterar os processos químicos e físicos.

Com a câmara de atmosfera controlada GPCMA, a Carbolite Gero oferece um equipamento para a redução das tensões geradas pelo fabrico aditivo, que minimiza os custos operacionais diários, evita a oxidação indesejada e garante uma uniformidade de temperatura ‘best in class’.

Nos processos indiretos de fabricação aditiva e de moldagem por injeção de pó metálico, adequados para metais e cerâmicas, o pó inicial é misturado com um aglutinante. O aglutinante, que ainda está presente após a formação da ‘parte verde’, será removido termicamente, cataliticamente ou com solventes, numa etapa posterior, o que faz com que a peça encolha. A parte castanha resultante pode ser sinterizada, dando à peça a sua forma e propriedades finais.

O primeiro passo é retirar o aglutinante por um dos processos mencionados, por exemplo, por ação térmica, o que torna a peça mais frágil e sensível. Os passos seguintes, de rebarbagem, requerem a remoção de resíduos gasosos e uma distribuição precisa da temperatura. A rebarbagem pode ser realizada sob vácuo, com ar ou com gás inerte. Utiliza-se um fluxo de gás para “varrer” a desgaseificação do aglutinante e encurtar o tempo de rebarbagem. A sinterização requer fornos com atmosferas específicas, disponíveis na gama de equipamentos da Carbolite Gero.

Para evitar a oxidação da maioria dos metais e cerâmicas não oxidadas, a sinterização é realizada sob gás inerte (Ar ou N2), ou gás redutor (H2 para aço inoxidável). Para aplicações de alta pureza, como a sinterização de titânio, é necessária uma operação sob alto vácuo. Cerâmicas à base de óxido ou nitreto, como alumina, zircónio e nitreto de alumínio, podem ser sinterizadas ao ar.

O forno HTK da Carbolite Gero é ideal para a remoção de aglutinantes usados na sinterização de peças moldadas por injeção de pó metálico ou por fabrico aditivo. A elevada uniformidade da temperatura conseguida permite um desbaste e sinterização precisos ao longo de todo o volume da câmara, com a possibilidade de trabalhar com gases inertes ou reativos, alto vácuo ou mesmo ultra-alto vácuo, o que permite a sinterização de materiais muito sensíveis como o titânio.