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Impressão 3D em cobre

3D printing copper
Tradicionalmente, o cobre é um material muito popular devido à sua condutividade térmica e elétrica. Desenvolvimentos recentes abriram novas possibilidades na produção de aditivos.

O cobre é um material extremamente interessante devido às suas propriedades de condutividade e por ser altamente maleável.

Essas mesmas propriedades prejudicaram o seu sucesso como uma opção viável para a impressão 3D. No entanto, isso mudou.

A técnica mais comum para a impressão 3D de cobre é o Powder Bed Fusion. Ele usa feixes eletrônicos para derreter os pós do material e “colar” o material. Quando a temperatura cai, o material se consolida.

Os processos mais populares de Powder Bed Fusion são conhecidos como Selective Laser Sintering (SLS), para plásticos, e Selective Laser Melting (SLM), para metais.
Apesar do SLM ser um excelente processo de impressão para muitos metais, havia um desafio particular quando se tratava da impressão 3D com cobre.

As propriedades da condutividade do material fazem com que o calor dos feixes eletrônicos seja refletido em vez de absorvido.
Outro problema recorrente era o fato de que a parte impressa rachava quando a temperatura caía muito rápido e/ou se tornava muito baixa.

Rumo a uma solução: laser verde e pré-aquecimento

No ano passado, os pesquisadores do Instituto Fraunhofer da Alemanha desafiaram o status quo e desenvolveram uma técnica que possibilitou a impressão 3D de peças de cobre de alta qualidade.

A solução deles consistiu em trocar o laser infravermelho através de uma máquina SLM por um laser verde. Parece simples, certo?

É um pouco mais complexo do que isso. Uma rápida pesquisa no Wikipedia nos ensina que o laser é um acrônimo para Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação. Resumindo, os lasers são fontes de luz caracterizadas pelo seu comprimento de onda no vácuo. Cada tipo de laser projeta um feixe concentrado que é amplificado por meio de radiação estimulada.

A luz desse laser verde para impressoras SLM desenvolvido pelo instituto alemão é melhor absorvida pelo cobre, o que facilita a fusão do material.

Mas o problema de rachaduras devido às quedas de temperatura ainda estava lá. A solução foi pré-aquecer o material antes de iniciar a impressão, o que é suficiente para evitar uma grande queda de temperatura.

Esta técnica surge como a primeira alternativa real para a impressão 3D em cobre, apresentando uma oportunidade fantástica para os fabricantes.

O fabricante de máquinas TRUMPF aplicou essas tecnologias em sua nova máquina, a TruPrint 5000.
A máquina usa TruPrint Laser Metal Fusion (LMF), um laser verde, e pré-aquece o material a 500°C.

A TruPrint 5000 foi demonstrada na Formnext, feira de impressão 3D em Frankfurt em novembro de 2018.

A máquina também imprime com outros metais preciosos – não apenas cobre.

green laser

Camada de cobre em pó é exposta a um laser verde durante o processo de impressão 3D SLM. Fonte: Fraunhofer ILT

Pó de Cobre

Se os desafios da impressão com cobre forem realmente superados, o cobre tem potencial para ser amplamente adotado na manufatura aditiva.

Como já foi mencionado: o cobre possui propriedades térmicas interessantes e juntamente com as vantagens do AM, particularmente a liberdade de design, ele torna o processo de produção de ativos benéfico para diversas aplicações térmicas.

Para antecipar a demanda por cobre em AM, diferentes empresas estão desenvolvendo cobre especial e pós de ligas de cobre para o mercado de impressão 3D.

Aplicações

O cobre é um metal macio, maleável e dúctil. O cobre é um metal nativo com uma cor vermelho-alaranjada. Ele possui condutividades térmica e elétrica muito altas. As aplicações para o cobre são:
  • fiação elétrica (o cobre é um condutor de calor e eletricidade,
  • constituinte de várias ligas metálicas, tais como o bronze (uma liga de cobre-estanho) e o latão (uma liga de cobre-zinco) e a prata esterlina (liga de prata-cobre)
  • máquinas e motores
  • aplicações na marinha: o cobre é bioestático, bactérias ou outras formas vivas não crescem nele. Foi usado no transporte marítimo para evitar o crescimento dos cascos.
  • pias, torneiras, maçanetas, corrimãos, etc. Como o cobre é bioestático, ele é usado (em várias ligas) em eletrodomésticos manuseados por muitas pessoas, para evitar a propagação de bactérias.

Conclusão

Resumindo, a impressão 3D com cobre está rapidamente se tornando uma realidade. Obstáculos técnicos estão sendo superados e grandes empresas estão fabricando ligas de cobre em antecipação à demanda do mercado.

Curioso para saber o custo de impressão da sua peça com o uso de cobre?

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