Especialista em soldagem austríaco Fronius Internacional colaborou com Linde Engenharia, MIGAL.COe Serviço Industrial TÜV SÜD para qualificar componentes de vasos de pressão impressos em 3D.
O projeto foi concluído como parte de um grupo de trabalho sob o Instituto Alemão de Normalização (DIN). Procurou avaliar e melhorar o uso da fabricação aditiva para produzir equipamentos sob pressão. Em specific, o grupo testou até que ponto o seu novo projeto de norma, prEN 13445-14, se aplica a peças de vasos de pressão não aquecidas.
Cada parceiro contribuiu com experiência para conduzir qualificação de materiais, revisão de projeto, validação de processos, fabricação aditiva e testes de componentes e pressão. Depois de documentar toda a cadeia do processo, eles produziram uma especificação vinculativa de procedimento de fabricação aditiva (AMPS).
Kati Schatz da Linde, o padrão de impressão 3D inclui todos os requisitos de segurança e qualidade necessários para atender aos regulamentos europeus para vasos de pressão. Embora o documento exija uma revisão adicional antes de ser finalizado, Schatz acredita que ele já oferece um guia útil para os equipamentos de pressão funcional de impressão 3D.
Fronius aprimora impressão 3D baseada em fio
Com mais de 8.000 funcionários em todo o mundo, a Fronius atua em diversos setores que abrangem energia fotovoltaica, carregamento de baterias, soldagem e impressão 3D de metallic. Este último inclui o processo Chilly Steel Switch (CMT) da empresa.
Este processo de fabricação aditiva baseado em fio metálico utiliza uma técnica de soldagem onde o eletrodo de fio é derretido e depositado camada por camada para criar um componente. Combinando recursos de soldagem convencional e impressão 3D, o CMT supostamente minimiza a entrada de calor gerada por suas altas taxas de deposição.
Segundo a Fronius, o CMT suporta funções “perfeitas para impressão 3D em metallic”. Por exemplo, suas capacidades de “correção de potência” permitem que a energia elétrica seja ajustada com precisão à fase do processo, enquanto a taxa de deposição permanece a mesma. Isso supostamente desbloqueia o controle preciso sobre a altura e largura da solda.
Projeto e impressão 3D de vasos de pressão
O componente do vaso de pressão da equipe apresentava um ramal de tubo impresso em 3D soldado em um tubo base fabricado convencionalmente. O alumínio foi escolhido como materials para esta peça devido à sua alta resistência e tenacidade em baixas temperaturas até -273°C.
A soldagem desta liga foi supostamente desafiadora e exigiu uma seleção cuidadosa do processo e do materials de enchimento. Este último precisava atender a tolerâncias rígidas de diâmetro e composição química para minimizar a inclusão de hidrogênio. O fio de soldagem também precisava estar livre de defeitos e enrolado perfeitamente em um carretel para evitar problemas durante a impressão 3D.
Robert Lahnsteiner, CEO da MIGAL.CO, observou que os materiais utilizados para este projeto eram sustentáveis e possuíam baixa pegada de carbono. O arame de solda produziu 3,8 kg de CO2 por quilograma, menos de um quarto da média internacional.
Ao projetar o componente do vaso de pressão, a equipe procurou otimizar o fluxo e a topologia da transição do tubo base do vaso de pressão para o stub. Eles estabeleceram três espessuras de parede diferentes: 8 mm para o tubo base, 14 mm para a seção de transição e 5 mm para o componente de ramificação impresso em 3D.
Em seguida, eles determinaram a melhor forma de imprimir em 3D o componente do vaso de pressão. Os requisitos essenciais incluíam uma alta taxa de deposição, calor reduzido para minimizar os requisitos de resfriamento e distorção, fusão completa na conexão com o materials de base e ausência de sensibilidade a mudanças na distância entre a tocha de soldagem e o componente. A equipe também exigia reprodutibilidade absoluta da qualidade do materials e capacidade de produzir componentes grandes. A tecnologia CMT da Fronius foi selecionada para atender a essas necessidades
Tecnologia avançada de soldagem robótica foi usada para planejar com precisão o caminho da ferramenta de soldagem e impressão 3D. Durante a fabricação, a Fronius WireSense O sensor escaneou o componente e fez ajustes ao vivo para garantir a precisão e minimizar os desvios geométricos. A empresa Software program de gerenciamento de dados de soldagem WeldCube também foi empregado. Este monitorou os limites dos parâmetros especificados no AMPS, emitindo um aviso caso fossem excedidos.
Uma câmera adicional foi usada para registrar e monitorar o acúmulo de camadas. Isso supostamente permitiu que a equipe analisasse os desvios do processo com mais precisão após a conclusão da impressão 3D.
Testando componentes de vasos de pressão impressos em 3D
Depois de impressas em 3D, as peças de teste individuais foram submetidas a testes não destrutivos, incluindo testes visuais e dimensionais, testes de quantity e inspeções de superfície. Testes destrutivos, incluindo análises químicas, testes de tração e avaliações de flexão, também foram empregados para verificar a resistência mecânica e a integridade. Além disso, foram realizadas avaliações de pressão da água e de ruptura.
Paralelamente a esses testes, foram utilizadas análises metalográficas para garantir a qualidade do vaso de pressão híbrido. O foco foi em áreas onde já haviam sido detectadas imperfeições e seções onde materiais fabricados convencionalmente e impressos em 3D foram unidos. O objetivo das análises foi verificar os dados coletados no monitoramento dos parâmetros e durante os ensaios mecânicos, técnicos e não destrutivos.
No remaining das contas, as peças passaram nas fases de teste, avaliação e inspeção remaining. O componente do vaso de pressão impresso em 3D foi, portanto, confirmado como estando em conformidade com a Diretiva Europeia de Equipamentos de Pressão 2014/68/UE.
Olhando para o futuro, a equipa espera promover uma utilização mais ampla da impressão 3D em indústrias como a construção de instalações e contentores, mostrando que cumpre rigorosos padrões de qualidade e segurança. Manfred Schörghube, engenheiro de P&D da Fronius, acredita que o processo de qualificação fornece “razões convincentes para aumentar o uso da impressão 3D de metallic na construção de instalações e contêineres”.
Novos padrões de impressão 3D
Longe dos vasos de pressão impressos em 3D, surgiram vários novos padrões de fabricação de aditivos para uma variedade de aplicações e indústrias. No ano passado, o Organização Internacional de Padronização (ISO) lançado ISO 5425:2023um novo padrão para Filamento PLA para impressão 3D. Este padrão busca garantir a utilização consistente e com qualidade controlada da impressão 3D PLA.
O processo que levou à sua publicação começou em 2019, quando a empresa sediada em Shenzhen, Esun Industrial Co., Ltd. e Universidade de Tecnologia e Negócios de Pequim introduziu uma nova proposta de merchandise de trabalho (NWIP) no Reunião anual ISO/TC 61. Assim que foi aceito, um grupo de trabalho dedicado composto por especialistas globais se reuniu para planejar e desenvolver o padrão PLA.
O documento resultante abrange parâmetros essenciais do filamento, incluindo aparência, massa líquida e tolerância, diâmetro, tolerância à ovalidade, limites de matéria volátil, carga de tração da linha e alongamento da linha na ruptura. Ele também fornece uma estrutura para métodos de repouso, regras de detecção, marcação, rotulagem, embalagem, transporte e armazenamento.
2023 também viu a ISO publicar um novo padrão para impressão 3D de construção. Intitulado ISO/ASTM 52939:2023isso visa garantir qualidade, segurança e eficiência para aplicações de construção. O documento foi preparado pelo Comitê Técnico de Fabricação Aditiva da ISO (ISO/TC 261), e ASTM Internacional Comitê de Tecnologias de Fabricação Aditiva (F42).
A norma especifica requisitos de garantia de qualidade para fabricação aditiva na construção. É independente do materials, não se aplica a metais e se aplica a todas as tecnologias de fabricação aditiva utilizadas na construção.
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A imagem em destaque mostra o acúmulo de fabricação aditiva do ramal do tubo com camadas de solda. Imagem through Fronius.