Soluções analíticas de fabricação de aditivos por fusão de leito de pó

A fusão de leito de pó é um processo de manufatura aditiva (AM) em que uma fonte de energia, como um feixe de laser ou elétrons, é usada para fundir materiais particulados, como metais, cerâmica ou polímeros, juntos para formar um objeto tridimensional. As técnicas comuns incluem sinterização seletiva a laser, derretimento seletivo a laser e derretimento do feixe de elétrons.

Nos processos de leito de pó, particularmente para metais, o custo do pó pode representar até um terço do custo total de produção do componente de fabricação do aditivo final. A viabilidade comercial, portanto, depende de uma cadeia de fornecimento robusta e de estratégias eficazes de reciclagem de pó metálico. Além disso, as propriedades químicas e físicas do pó metálico afetam diretamente o processo de construção e a qualidade do componente final. Para manter a robustez e a consistência do processo, essas propriedades devem ser controladas e otimizadas.

Para isso, as propriedades do pó devem ser caracterizadas em vários estágios da cadeia de fornecimento, desde o desenvolvimento de novas ligas ou polímeros até a reciclagem de pó. Difração a laser, análise automatizada de imagens, fluorescência de raios X e difração de raios X são quatro técnicas analíticas-chave comumente usadas para caracterizar pós de fabricação de aditivos.

Na Malvern Panalytical, oferecemos soluções analíticas especializadas para cada uma dessas técnicas.

Tamanho da partícula

A distribuição do tamanho das partículas é fundamental para os processos de manufatura aditiva em pó, pois afeta a embalagem e a capacidade de fluxo do leito em pó – o que, por sua vez, afeta a qualidade da construção e as propriedades dos componentes finais.

Para medir a distribuição do tamanho das partículas de pós metálicos, cerâmicos e polímeros para manufatura aditiva, a difração a laser é uma técnica estabelecida usada por produtores de pó, fabricantes de componentes e fabricantes de máquinas em todo o mundo para qualificar e otimizar as propriedades do pó. Difração a laser – usando nosso Mastersizer ou on-line usando o Insitec. Pode fornecer uma distribuição completa de tamanho de partículas de alta resolução em um ambiente de laboratório.

Forma da partícula

A densidade do leito de pó e a capacidade de fluxo de pó são diretamente influenciadas pelo tamanho e formato das partículas. A forma das partículas é, portanto, outra métrica importante para a manufatura aditiva em leito de pó. Partículas regulares são preferíveis porque podem fluir e embalar mais facilmente do que as partículas com uma superfície áspera e formato irregular.

Para permitir que os fabricantes de aditivos atinjam esse formato regular, o sistema automatizado de geração de imagens Morphologi 4 pode ser usado para classificar e quantificar o tamanho e a forma dos pós metálicos, cerâmicos e polímeros. O Morphologi 4 faz isso combinando medições de tamanho de partículas, como comprimento e largura, com avaliações de características de forma de partículas, como circularidade e convexidade (rugosidade).

Composição elementar

A composição elementar é particularmente importante para ligas metálicas, pois pequenas variações na concentração de elementos de liga podem afetar as propriedades químicas e físicas, incluindo resistência, dureza, vida de fadiga e resistência química.

Para detectar essas variações, contaminantes ou inclusões, e determinar a composição elementar dessas ligas e cerâmicas metálicas, sistemas de fluorescência de raios X (FRX), como o Zetium e o Epsilon, são usados rotineiramente. O FRX também oferece economia significativa de tempo e custo em comparação com técnicas alternativas.

Microestrutura

Características microestruturais – como composição de fase, tensão residual, tamanho dos grãos e distribuição de grãos (textura) – são extremamente importantes para a fabricação de aditivos metálicos, pois podem afetar as propriedades químicas e mecânicas de um componente fabricado.

Para analisar essas características microestruturais e controlar as propriedades do componente final, os sistemas de difração de raios X (DRX) de bancada, como o Aeris, são usados rotineiramente para realizar análises de fase de metais. E para obter informações adicionais sobre textura, tamanho dos grãos e tensão residual em uma ampla variedade de condições, difratômetros multiuso, como o Empyrean, podem ser usados. O DRX também é amplamente usado para estudar a estrutura e a cristalinidade de polímeros e cerâmicas. Para determinar o peso molecular e a estrutura molecular de pós poliméricos, são amplamente utilizados sistemas de Cromatografia de permeação em gel (GPC), como o Omnisec.