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Impressão 3D com tungstênio e carboneto de tungstênio

3D printing tungsten
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O tungstênio, que também conhecido como Volfrâmio, é um metal raro o qual é famoso por ter o ponto de fusão mais alto de todos os elementos. O tungstênio ou Volfrâmio é mais conhecido pelo público em geral como o filamento utilizado em lâmpadas, mas ele tem muitas outras aplicações bem menos conhecidas, tanto industriais quanto médicas, quando aplicado como um composto ou em sua forma pura.

O nome é derivado da palavra sueca para o metal que significa “pedra pesada”. Em sua forma pura, o material é muito macio e quase sempre é combinado com outros elementos para formar um composto o qual possa atingir a dureza pela qual as ligas de tungstênio são conhecidas.
O carboneto de tungstênio é o mais famoso destes compostos. Ele é uma combinação de tungstênio e carbono. O resultado é um composto cerâmico.

Outras combinações envolvem aço, conhecido como aço rápido, cobalto, cobre, bronze, cromo, ferro ou níquel. O tungstênio também faz parte de uma superliga de níquel-molibdênio-cromo conhecida como Hastelloy. Em todos os casos, o composto resulta em um metal excepcionalmente duro.

O tungstênio puro não tem a dureza de um composto, mas a sua excelente resistência ao calor bem como as suas propriedades de proteção contra a radiação são úteis no campo nuclear bem como no campo médico.

Quais são os usos do tungstênio e do carboneto de tungstênio?

Conforme mencionado no parágrafo inicial, o tungstênio tem uma alta temperatura de fusão. Ele possui a temperatura de fusão mais alta de todos os metais, que é de 3.422 ° C. Isso, em combinação com a sua dureza, o torna um material interessante para aplicações as quais requerem a dureza e a resistência ao calor. Os compostos de tungstênio são utilizados em indústrias que vão desde a aeroespacial, automotiva, nuclear, defesa, médica até a indústria de lazer.

Exemplos de suas aplicações são: bicos de motores de foguetes, capacetes de combate (para penetrar em superfícies duras), lâminas de turbinas para aeronaves (resistentes ao calor) e ferramentas menores, como lâminas de serra, brocas, rolamentos, pistões e equipamentos de soldagem.

A indústria médica utiliza o tungstênio puro para a varredura na ressonância magnética, em colimadores e para a proteção contra radiação.

3D printing tungsten

Tungstênio

Impressão 3D com o tungstênio

A dureza do carboneto de tungstênio e de outros compostos semelhantes também têm a sua desvantagem. A sua dureza o torna um material difícil de se criar modelos com o uso de técnicas de produção tradicionais como CNC e ferramentas. A produção de aditivos, por sua natureza, pode ser uma solução para esse problema.

A Produção de Aditivos (AM) também oferece a capacidade de fabricar peças complexas sem a necessidade de ferramentas. Modelos compostos de tungstênio podem ser produzidos de forma mais econômica e rápida usando AM.

As peças feitas por AM podem ser altamente detalhadas e finas. Detalhes tão pequenos quanto de 100 μm com uma precisão posicional de até 25 μm podem ser alcançados.

Atualmente, existem duas tecnologias AM disponíveis para compostos de tungstênio e tungstênio puro:

Fusão Seletiva à Laser

Fusão Seletiva à Laser (SLM) ou a sinterização direta a laser de metal (DMLS) é um método de produção de aditivos em que um laser funde o pó metálico para formar objetos tridimensionais.

Inicialmente, o alto ponto de fusão impôs alguns obstáculos técnicos para aplicar o material à impressão 3D, mas estes foram superados.
O pó de tungstênio puro é ligado usando níquel-cobre ou níquel-ferro

Binder jetting

ExOne, fabricante líder de máquinas de impressão em metal 3D, está trabalhando com um fabricante de materiais para desenvolver um composto de cobre-tungstênio, que pode ser usado nas máquinas de binder jetting da ExOne.

O composto terá alta resistência ao calor, alta condutividade elétrica e térmica e baixa expansão térmica. O Binder Jetting tem a vantagem sobre o SLM de ser mais econômico. Atualmente existem diferentes pós disponíveis, em diferentes estágios de qualificação.
Também disponível para o uso do Binder Jetting está uma liga de bronze-tungstênio.

Propriedades do tungstênio:

  • Alto ponto de fusão, fusão a 3422°C, superior ao da platina.
  • Alta densidade (19,25g/cm3), comparável ao ouro
  • Possui a maior resistência à tração em temperaturas acima de 1650°C
  • Excelente resistência à corrosão
  • Excelente absorção / proteção de raios X e raios Gama
  • Resistência à maioria dos ácidos
  • Biocompatível / não é tóxico

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