Nova técnica combina impressão 3D e eletroformação para fabricar componentes nucleares
Investigadores do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) desenvolveram um novo processo híbrido que combina impressão 3D, eletroformação e prensagem isostática a quente (HIP).
A técnica foi desenvolvida em parceria com a A.J. Tuck Company e pretende simplificar a produção de componentes destinados a reatores nucleares avançados e outras aplicações de energia e defesa.
O problema está no fabrico dos recipientes
A tecnologia HIP utiliza elevada temperatura e pressão para transformar pó metálico num componente metálico denso.
Para isso, o pó precisa de ser colocado num recipiente selado.
Estes recipientes, conhecidos como HIP cans, têm de suportar condições exigentes e precisam de ser completamente estanques.
O fabrico convencional pode envolver várias etapas de produção e montagem.
A equipa do ORNL procurou simplificar esse processo.
Primeiro imprime-se um molde de polímero
O processo começa de uma forma bastante diferente do que poderíamos imaginar.
Em vez de imprimir diretamente o componente final em metal, os investigadores imprimem primeiro uma forma em polímero.
Essa forma representa a geometria pretendida para o componente.
A grande vantagem é que a impressão 3D permite criar formas complexas com relativa facilidade.
Depois entra a eletroformação
A estrutura impressa é colocada num banho eletrolítico.
Através do processo de eletroformação, uma camada metálica é depositada sobre a superfície do molde.
Neste caso, é utilizada uma camada de níquel com aproximadamente 2 a 3 mm de espessura.
A camada metálica reproduz a geometria do molde.
O polímero desaparece
Depois de formada a estrutura metálica, o molde de polímero é removido quimicamente.
O resultado é uma estrutura oca em níquel.
Essa estrutura passa então a funcionar como o recipiente para o processo HIP.
É uma abordagem particularmente interessante porque a impressão 3D é utilizada para criar a geometria, enquanto a eletroformação cria a estrutura metálica.
Finalmente entra o processo HIP
Depois de removido o polímero, o recipiente metálico é preenchido com pó.
É posteriormente selado e submetido ao processo de Hot Isostatic Pressing.
O calor e a pressão fazem com que o pó metálico seja consolidado numa peça densa.
O processo completo pode ser resumido assim:
Impressão 3D → eletroformação → remoção do polímero → enchimento → HIP → componente metálico
Por que usar impressão 3D?
Aqui está uma das principais vantagens.
Produzir diretamente determinadas geometrias metálicas complexas pode exigir processos de fabrico complicados.
Ao utilizar um molde de polímero impresso em 3D, a geometria pode ser produzida rapidamente sem necessidade de ferramentas metálicas específicas.
A impressão 3D funciona, neste caso, como uma espécie de ponte entre o modelo digital e o processo industrial.
Mais do que uma nova impressora
Esta investigação mostra algo importante sobre a evolução da impressão 3D.
Nem sempre a inovação está em construir uma impressora que seja mais rápida.
Também pode estar em combinar a impressão 3D com tecnologias de fabrico tradicionais.
Neste caso, a impressão 3D trabalha em conjunto com:
eletroformação + metalurgia do pó + HIP
Cada tecnologia desempenha uma função diferente.
Aplicações para energia e defesa
O ORNL indica que o processo pode ser relevante para componentes destinados a reatores nucleares avançados, energia e aplicações de defesa.
A tecnologia poderá também contribuir para reduzir alguns dos obstáculos associados às cadeias de fornecimento de componentes especializados.
Segundo o laboratório, o método pode facilitar a produção destes componentes nos Estados Unidos e reduzir dependências de fornecimento externo.
Uma ideia que pode chegar a outras indústrias
Apesar de o projeto estar direcionado para aplicações altamente especializadas, o conceito é mais abrangente.
Sempre que uma peça tiver uma geometria complexa e for necessário produzir uma estrutura metálica robusta, uma combinação entre impressão 3D e processos metalúrgicos poderá apresentar vantagens.
A tecnologia demonstra, mais uma vez, que a impressão 3D não precisa de substituir completamente os métodos tradicionais.
Pode também complementá-los para criar processos que anteriormente eram difíceis ou demasiado caros.
