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Os princípios gerais da manufatura aditiva

Qual seria o diagrama esquemático de dois tipos de fusão em leito de pó? Qual seria o diagrama esquemático de deposição por energia direcionada? Qual seria o diagrama esquemático de laminação de folha? Quais as categorias de ensaio que devem ser aplicadas para orientar a relação entre o cliente e o fornecedor de peças? Quais as características principais de qualidade requeridas dos materiais e peças? Essas perguntas estão sendo respondidas no texto sobre os princípios gerais da manufatura aditiva.

13/02/2019 - Equipe Target

NBR ISO 17296-2 de 01/2019 e NBR ISO 17296-3 de 01/2019: os fundamentos do processo de manufatura aditiva

A NBR ISO 17296-2 de 01/2019 - Manufatura aditiva - Princípios gerais - Parte 2: Visão geral de categorias de processo e de matéria-prima descreve os fundamentos do processo de manufatura aditiva. Ele também fornece uma visão geral das categorias de processo existentes, as quais não são e podem não ser exaustivas devido ao desenvolvimento de novas tecnologias. Explica como diferentes categorias de processo utilizam diferentes tipos de materiais para dar forma à geometria de um produto. Ela também descreve qual tipo de material é utilizado em diferentes categorias de processo. As especificações do material de alimentação e de requisitos para as peças produzidas por combinações de diferentes processos e de material de alimentação serão fornecidas em normas separadas subsequentes e, portanto, não são abrangidas por este documento. Este documento descreve os princípios mais importantes destas normas subsequentes.

A NBR ISO 17296-3 de 01/2019 - Manufatura aditiva - Princípios gerais - Parte 3: Características principais e métodos de ensaio correspondentes abrange os principais requisitos aplicados ao ensaio de peças fabricadas por processos de manufatura aditiva. Esta parte da NBR ISO 17296 especifica as principais características de qualidade das peças, especifica os procedimentos de ensaio apropriados, e recomenda o escopo e conteúdo de acordos de ensaio e de fornecimento. É destinada a fabricantes de máquinas, fornecedores de material de alimentação, usuários de máquinas, fornecedores de peças e clientes para facilitar a comunicação sobre as principais características de qualidade. Ela se aplica sempre que processos de manufatura aditiva forem utilizados.

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Qual seria o diagrama esquemático de dois tipos de fusão em leito de pó?

Qual seria o diagrama esquemático de deposição por energia direcionada?

Qual seria o diagrama esquemático de laminação de folha?

Quais as categorias de ensaio que devem ser aplicadas para orientar a relação entre o cliente e o fornecedor de peças?

Quais as características principais de qualidade requeridas dos materiais e peças?

A manufatura aditiva é uma tecnologia versátil que pode ser utilizada durante todo o processo de desenvolvimento do produto. Os processos de manufatura aditiva podem ser utilizados para fabricar protótipos, ferramentas e peças de uso final totalmente funcionais. Além da engenharia, as áreas de aplicação desta tecnologia interdisciplinar agora incluem campos que abrangem, por exemplo, desde a arquitetura e medicina até a arqueologia e cartografia, bem como artes, brinquedos, educação e entretenimento.

Durante o seu desenvolvimento um tanto turbulento, surgiram diferentes termos e definições que eram frequentemente ambíguos e confusos. Além disso, existem vários processos diferentes disponíveis no mercado e nem sempre estão claras quais oportunidades e limitações eles oferecem em termos de aplicação.

Este documento tem como objetivo oferecer uma descrição dos princípios gerais de trabalho para as diferentes categorias de processo e o processamento de material de alimentação na geometria desejada do produto. Isto aumentará o entendimento do processo e melhorará a comunicação entre o consumidor e os fornecedores de produtos e serviços.

Os princípios e as categorias de processo descritos neste documento referem-se à tecnologia comercialmente disponível, que demonstrou ser útil na prática e viável no mercado há vários anos. As peças produzidas por manufatura aditiva podem ser utilizadas como protótipos e peças de produção (o termo “protótipo” é descrito na NBR ISO/ASTM 52900).

As peças de produção são utilizadas em diferentes aplicações no final do desenvolvimento (ciclo) do produto e refletem todos os requisitos do produto desejado. Para protótipos e peças de produção, diferentes processos e materiais podem ser utilizados, dependendo do tipo de peça, aplicação e indústria e dos requisitos de custo e tempo de entrega.

É de responsabilidade do desenvolvedor projetar as peças e decidir sobre as suas especificações. Uma consulta ao fabricante do componente é recomendável, dependendo da experiência do consumidor. Adicionalmente, as peças devem ser divididas em classes diferentes, da classe com qualidade e rastreabilidade mais rigorosas (classe 1) até a classe com qualidade e rastreabilidade menos rigorosas.

Os detalhes destas classes serão definidos em normas adicionais específicas relacionadas ao material de alimentação, processo e aplicação. A cadeia de processo envolvida nas tecnologias de manufatura aditiva é caracterizada pela fabricação direta de peças, com base em dados CAD 3D. Fases intermediárias, como a fabricação de ferramentas, são desnecessárias.

Existem basicamente duas categorias diferentes: processos de única etapa: as peças são fabricadas em uma única operação, em que a forma geométrica básica e as propriedades do material básico do produto pretendido são alcançadas simultaneamente, processos de múltiplas etapas: as peças são fabricadas em duas ou mais operações, em que a primeira normalmente fornece a forma geométrica básica e a seguinte consolida a peça com as propriedades do material básico pretendido.

Dependendo da aplicação final, todos os processos podem requerer uma ou mais operações de pós-processamento adicional para atingir todas as propriedades pretendidas no produto final. As tecnologias envolvidas são processos não aditivos bem conhecidos e bem documentados e, portanto, é desnecessário descrevê-las com mais detalhes nesta fase. Existem múltiplos processos desenvolvidos para manufatura aditiva.

Estes processos são agrupados em sete categorias básicas, com base em partes fundamentais da funcionalidade das máquinas. Em normas subsequentes, informações detalhadas e requisitos para combinações específicas de material de alimentação/processo (por exemplo, PA12 em pó por meio de fusão em leito de pó) serão fornecidos como: informações sobre propriedades fundamentais do material de alimentação, requisitos sobre material de alimentação (precondicionamento), descrição informativa do processo, para cada combinação específica de material de alimentação/processo, as propriedades relevantes das peças (como permeabilidade a gás, resistência à tração etc.), incluindo os requisitos de valores mínimos e informações sobre faixas de valores viáveis, métodos de quantificação requeridos, informações sobre aplicações típicas.

A definição de fotopolimerização em cuba, de acordo com a NBR ISO/ASTM 52900, é a seguinte: processo de manufatura aditiva no qual o fotopolímero líquido em uma cuba é curado seletivamente por polimerização ativada por luz. Ver figura abaixo.

Clique na imagem acima para uma melhor visualização

A definição de jateamento de material, de acordo com a NBR ISO/ASTM 52900, é: processo de manufatura aditiva no qual gotículas de material de fabricação são depositadas seletivamente. Ver figura abaixo.

Diagrama esquemático de jateamento de material

Clique na imagem acima para uma melhor visualização

Dessa forma, pode-se dizer a manufatura aditiva é um processo de união de matérias-primas para fabricar peças a partir de dados de modelo 3D, geralmente camada sobre camada, diferentemente das metodologias de fabricação subtrativa e conformativa. Ela é uma parte inerente do processo de desenvolvimento ou produção de peças. Ela é utilizada para fabricar protótipos e peças de produção.

Esta parte da NBR ISO 17296 visa oferecer recomendações e informações aos fabricantes de máquinas, fornecedores de matéria-prima, usuários de máquinas, fornecedores de peças e clientes, para melhorarem a comunicação entre essas partes interessadas em relação aos métodos de ensaio. Esta parte da NBR ISO 17296 foi desenvolvida dentro de um conjunto de documentos consistentes desde a terminologia até os métodos de ensaio e troca de dados. A fabricação de peças por processos de manufatura aditiva está sujeita a diversas variáveis.

Os processos descritos na NBR ISO 17296-2 podem ser utilizados para fabricar peças que atendam aos requisitos tecnológicos somente se esses fatores forem controlados, otimizados e, se necessário, personalizados para cada demanda. Ao avaliar a qualidade das peças, comparação com os requisitos específicos é um dos aspectos mais importantes.

Os processos de manufatura aditiva requerem a aplicação seletiva de mecanismos termofísicos e/ou químicos que gerem a peça. Desta forma, é possível produzir peças com características diferentes, dependendo do método utilizado e dos parâmetros de processo. Entretanto, ensaios completos de todas as características das peças não são econômicos e nem tecnicamente viáveis.

Portanto, ao formular especificações de peças, a natureza e o escopo dos ensaios são questões muito importantes. Cada fase de desenvolvimento e fabricação de uma peça tem uma finalidade específica. Os critérios de desempenho determinam o tipo de peça e a escolha do processo de manufatura aditiva.

Esta parte da NBR ISO 17296 desenvolve as seguintes características principais de qualidade: material de alimentação: requisitos de matéria-prima: tamanho da partícula, morfologia, superfície e distribuição, densidade (compactada e aparente), fluidez/capacidade de escoamento, teor de cinzas e teor de carbono do pó; peças: requisitos de superfície: aparência, textura superficial e cor; requisitos geométricos: tamanho, dimensões para comprimentos e ângulos, tolerâncias dimensionais e tolerâncias geométricas (desvios de forma e posição); requisitos mecânicos: dureza, resistência à tração, resistência ao impacto, resistência à compressão, resistência à flexão, resistência à fadiga, fluência, envelhecimento, coeficiente de atrito, resistência ao cisalhamento e comprimento da trinca; requisitos do material de fabricação: densidade e propriedades físicas e físico-químicas [análises da microestrutura (ensaios não-destrutivos)].

As outras características de peças descritas a seguir foram identificadas, porém, devido à especificidade da manufatura aditiva, serão fornecidas em uma versão futura deste documento: requisitos do material de fabricação: ductilidade; propriedades térmicas (por exemplo, faixa de temperatura de operação, estabilidade dimensional ao calor, temperaturas de amolecimento, ponto de fusão, calor específico, condutividade térmica e coeficiente de expansão térmica linear); requisitos elétricos (por exemplo, força disruptiva, resistência dielétrica, propriedades dielétricas, propriedades magnéticas e condutividade elétrica); propriedades físicas e físico-químicas (por exemplo, padrões internos, inflamabilidade, toxicidade, composição química, resistência química, absorção de água, estrutura cristalina, compatibilidade com alimentos, biocompatibilidade, esterilidade, fotoestabilidade, translucidez, ponto de solidificação, transição vítrea e corrosão).

Todos os processos de manufatura aditiva são auxiliados por computador. Portanto, é fundamentalmente possível registrar e analisar estatisticamente dados importantes relacionados ao processo, como temperatura, condições ambientais, tempo decorrido e velocidades do processo, parâmetro do feixe e radiação emitida e outros parâmetros relacionados ao processo. A necessidade e o escopo do monitoramento do processo dependem da reprodutibilidade requerida ou prevista do processo e da qualidade da peça para cada aplicação.

O monitoramento do processo pode ser requerido pelo cliente. A estabilidade do processo também pode ser monitorada repetidamente em diferentes intervalos em uma geometria constante. Convém que os corpos de prova para monitoramento de processos sejam os mais representativos possíveis quando comparados com a peça.

Corpos de prova complementares podem ser utilizados para melhorar o ensaio de exatidão dimensional, exatidão de reprodução e estabilidade de processo. A forma do corpo de prova e a natureza e frequência de ensaios devem ser definidas em comum acordo entre o cliente e o fornecedor da peça para cada aplicação conforme as normas aplicáveis.

FONTE: Equipe Target

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