Este artigo foi publicado originalmente no e-book Steel AM Focus 2025 da VoxelMatters. A edição completa pode ser encontrada aqui.
No indústria marítimaparticularmente no segmento de construção naval, a escolha do materials é uma consideração crítica. Enquanto em indústrias como a aeroespacial o peso mínimo e a resistência a altas temperaturas são uma prioridade máxima, no setor marítimo a resistência à corrosão e a durabilidade são as propriedades mais essenciais do materials. Faz todo o sentido: os componentes de um navio devem ser capazes de resistir ao ambiente hostil do mar, incluindo a natureza corrosiva da água do mar, ao mesmo tempo que oferecem integridade estrutural e uma longa vida útil.
Por estas razões, a indústria marítima gravitou em torno de uma selecção relativamente pequena de tipos de steel, incluindo aço (os cascos dos navios são construídos em aço, por exemplo), alumínio (utilizado em superestruturas e componentes não estruturais para maximizar a eficiência do combustível), Inconel (utilizado em pás de hélices e purificadores) e outras superligas. No crescente subsegmento AM marítimo, um pequeno número de tipos específicos de ligas subiu ao topo e o principal deles são as ligas de cobre-níquel (CuNi).
As ligas CuNi já estão bem estabelecidas na indústria marítima. Os metais, conhecidos por sua excelente resistência à corrosão e baixas taxas de macroincrustação, têm diversas aplicações nos segmentos offshore, naval e de construção naval, incluindo sistemas de dessalinização, tubulações, trocadores de calor, condensadores e muito mais. Embora a maioria das peças de CuNi no setor marítimo sejam fabricadas usando métodos mais tradicionais, como fundição, a fabricação aditiva está se tornando cada vez mais uma opção viável à medida que as empresas da indústria AM desenvolvem e validam o CuNi para vários processos de impressão 3D de steel. Isto é particularmente importante considerando que as ligas fundidas de CuNi podem enfrentar desafios como rachaduras e porosidade, o que exige retrabalho, aumentando, em última análise, os custos e os prazos de entrega.
Ser capaz de fabricar peças de CuNi de forma aditiva oferece vários benefícios às organizações navais e de construção naval, incluindo o desbloqueio de tempos de produção mais rápidos (eliminando a necessidade de ferramentas), reduzindo a dependência de grandes estoques, simplificando as cadeias de suprimentos e fabricando componentes projetados de forma mais eficiente. Além disso, a AM permite práticas mais sustentáveis através da minimização do desperdício de materiais e de uma produção mais localizada, o que reduz as emissões associadas à logística. Tecnologias como a deposição de energia dirigida (DED) também estão a tornar possível a reparação aditiva de componentes existentes, o que traz benefícios em termos de sustentabilidade (estendendo a vida útil de peças grandes) e de custo.
Dentro da indústria AM, apenas um pequeno número de empresas oferece atualmente materiais de liga de cobre-níquel. Vale ressaltar, porém, que embora o grupo seja pequeno, ele está crescendo, com novos produtos CuNi sendo lançados e validados no último ano. Este crescimento recente apenas mostra como a indústria da AM metálica está a reconhecer o grande potencial do setor marítimo como adotante da AM.
O primeira liga de CuNi desenvolvido especificamente para fabricação aditiva marítima foi introduzido em 2022 por Sistemas 3D. O materials, CuNi30, foi desenvolvido para a plataforma DMP Flex 350 da empresa através de uma colaboração com a divisão Newport Information Shipbuilding da HII. O materials supostamente resulta em peças com densidade e propriedades mecânicas superiores em comparação com peças fundidas – tudo sem a necessidade de ferramentas – e demonstra estabilidade em uma ampla faixa de temperaturas (de 400 °C a -270 °C). Essas propriedades tornam o CuNi30 adequado para uma variedade de aplicações marítimas (e adjacentes), como acessórios para tubos de navios, válvulas e bombas; componentes offshore de petróleo e gás; equipamentos químicos e nucleares; e até sistemas criogênicos.
A introdução do materials permitiu à Newport Information Shipbuilding explorar os benefícios do LPBF para seus requisitos de peças de baixo quantity e alta mistura. No momento do lançamento do materials, o usuário remaining previu uma redução drástica de 75% nos prazos de entrega e menores custos de estoque em comparação com seus fluxos de trabalho de fundição convencionais.
Desde o lançamento do CuNi30 certificado pela 3D Techniques, líder alemão em impressão 3D EOS também desenvolveu o seu próprio Pó CuNi30 para LBPFcom teor de níquel de 28–32% e pequenas quantidades de nióbio, ferro e manganês. A liga de cobre-níquel, lançada comercialmente no início de 2024, oferece uma gama de propriedades adequadas para aplicações marítimas, como excelente resistência com até 700 MPa em construções horizontais tratadas termicamente e ductilidade com cerca de 510 MPa UTS e mais de 20% de alongamento.
A liga foi desenvolvida e validada em cooperação com a Philips Federal e Austal USA para a Base Industrial Submarina (SIB). Especificamente, a EOS desenvolveu o materials com o objetivo de “aliviar as pressões da cadeia de suprimentos” em componentes fundidos tradicionais para as plataformas submarinas 2+1 das courses Columbia e Virginia para a Marinha dos EUA. O materials de grau AM está em conformidade com as especificações UNS C96400 na ASTM B369-09 e oferece o mesmo nível de resistência à corrosão que os componentes fundidos de CuNi sem problemas de fabricação. Em termos de aplicação, o CuNi30 da EOS é superb para uma variedade de componentes marítimos, incluindo bombas, impulsores, válvulas de admissão de água do mar submarina, tubulações de alta pressão e {hardware} de propulsão.
Em 2024, o Grupo ADDMAN, por meio de sua unidade de negócios Harbec, firmou parceria com a Marinha dos EUA para qualificar componentes CuNi para submarinos. Este esforço de qualificação visa, em última análise, estabelecer a AM como um método de produção viável para peças CuNi, a fim de acelerar os ciclos de aquisição e melhorar a qualidade geral das peças. Especificamente para a Marinha dos EUA, o CuNi impresso em 3D poderia atender às suas metas de produção de submarinos “2 + 1”.
Nos últimos cinco meses, surgiram pelo menos três novos esforços para qualificar ligas de cobre-níquel para fabricação aditiva com o objetivo de promover aplicações AM nos setores marítimo e de defesa (especificamente naval). Com sede na Austrália AML3Despecialista em Wire Additive Manufacturing (WAM) anunciou em maio que havia assinado um Pedido de compra de US$ 1,01 milhão com a BlueForge Alliance, um integrador sem fins lucrativos que apoia a Base Industrial Submarina da Marinha dos EUA, para desenvolver e qualificar ligas de CuNi para aplicações de defesa. Isto segue uma caracterização bem-sucedida de uma liga CuNi em 2023, que fazia parte de um programa de qualificação de submarinos da Marinha dos EUA.
No mesmo mês, a empresa steel AM com sede no Reino Unido Renishaw revelou que se associou ao fabricante austríaco de pó metálico Metalpine para desenvolver e qualificar pós de CuNi permitir que uma “grande força naval europeia” produza internamente peças de reposição. Especificamente, os parceiros desenvolveram parâmetros de processo para CuNi 10 (que é composto por 90% de cobre e 10% de níquel) e CuNi 30 (70% de cobre, 30% de níquel).
“Com essas configurações precisas superamos os desafios do materials, garantindo peças duráveis e de alta qualidade que podem suportar ambientes marítimos adversos”, disse Alex Garcia, Engenheiro de Design e Aplicações AM da Renishaw. “Essa otimização aumenta a resistência e a longevidade das peças e garante resultados consistentes, permitindo que nosso cliente naval fabrique peças com desempenho confiável sob condições difíceis.”
Mais recentemente, a empresa americana de steel AM Velo3D anunciou o desenvolvimento e qualificação de um Liga CuNi para sua série de impressoras Sapphire 3D. O desenvolvimento, formalizado através de um contrato de US$ 6 milhões, apoiará a Base Industrial Marítima da Marinha dos EUA no reparo de estruturas e componentes críticos de navios. Notavelmente, a Velo3D afirma que este contrato a tornará a primeira OEM americana a qualificar a CuNi para suas impressoras 3D desenvolvidas internamente, incluindo a impressora 3D Sapphire XC de grande formato.
O processo de desenvolvimento de CuNi está sendo liderado pela equipe da Velo3D em Fremont, Califórnia, que desenvolverá parâmetros de processo para um pó fornecido por um fornecedor nacional de pó metálico de fonte aberta (uma consideração necessária para manter a independência da cadeia de suprimentos para a Marinha dos EUA.”
Em última análise, o desenvolvimento de ligas CuNi para processos e plataformas AM só beneficiará os utilizadores finais dos setores marítimo e naval, uma vez que podem não só aproveitar as propriedades vantajosas do materials, mas também os ativos inerentes da AM, incluindo liberdade de design, agilidade de produção e eficiência materials.