Caracterizando pós metálicos para Manufatura Aditiva

A manufatura aditiva (AM), também comumente chamada de impressão 3D, é o processo de construir uma estrutura ou componente tridimensional do zero, geralmente camada por camada. Existem sete principais categorias de processos de manufatura aditiva, conforme definido pelo Comitê ASTM F42 sobre Tecnologias de Manufatura Aditiva. Um dos processos de AM que mais crescem é a fusão em leito de pó, na qual uma camada de pó é depositada sobre uma plataforma de construção e um laser ou feixe de elétrons é usado para fundir ou sinterizar seletivamente o pó. Após a fusão, a plataforma é então abaixada e o processo é repetido camada por camada até a conclusão da peça. O pó não fundido é removido da câmara de construção e, geralmente, reciclado, dependendo de seu estado. Pós metálicos são os materiais mais comumente usados, embora pós cerâmicos e poliméricos também sejam amplamente utilizados.

A eficiência dos processos de manufatura aditiva em leito de pó e a qualidade dos componentes finais dependem em grande parte do comportamento de fluxo e da densidade de empacotamento dos pós. O tamanho de partícula influencia diretamente essas propriedades e, portanto, é uma especificação fundamental para os pós usados nesse processo, sendo o tamanho de partícula ideal de 15-45 μm para Selective Laser Melting (SLM) e 45-106 μm para Electron Beam Melting (EBM). A forma das partículas e a distribuição da forma das partículas também são conhecidas por influenciar como os pós fluem e se empacotam e, portanto, são outro indicador importante da qualidade do pó.

A difração a laser é uma técnica consolidada para determinar a distribuição do tamanho de partícula de pós metálicos (ASTM B822) e funciona medindo a variação angular da luz espalhada à medida que um feixe de laser atravessa uma dispersão do pó metálico. É uma técnica rápida, de alto rendimento e alta resolução, que permite quantificar todas as frações de tamanho no pó metálico, incluindo a quantidade de finos, como mostrado abaixo.

A Difração a Laser pressupõe que todas as partículas sejam esféricas, de modo que, embora forneça dados de tamanho de alta resolução (com base em uma esfera de tamanho equivalente), não fornece nenhuma informação sobre a forma. Uma técnica complementar à Difração a Laser é a Imagem Automatizada, na qual imagens de partículas individuais são capturadas e analisadas para determinar seu tamanho, sua forma e outras propriedades físicas. Distribuições estatisticamente representativas podem ser construídas medindo dezenas a centenas de milhares de partículas metálicas por medição. Usando algoritmos avançados de análise de imagem, as partículas podem então ser classificadas de acordo com sua rugosidade superficial, irregularidade e presença de satélites, como ilustrado abaixo.

O Mastersizer 3000 (Difração a Laser) e o Morphologi 4 (Imagem Automatizada) da Malvern Panalytical são tecnologias líderes em sua classe que estão sendo cada vez mais usadas nesse setor para:

• Garantir um fornecimento consistente de pó e evitar variações na qualidade do produto final
• Identificar pós adequados para máquinas com diferentes designs de espalhador ou rastelo
• Otimizar as condições de atomização para atingir as características desejadas do pó
• Prever e otimizar a densidade de empacotamento e as características de fluxo do pó
• Acompanhar mudanças nas propriedades do pó durante o processamento e a reciclagem