Lição 8.5MoldarCapítulo 8 · Manufatura aditiva

Jateamento de ligante (binder jetting)

Cabeçotes de jato de tinta colam o pó, depois a peça é curada ou sinterizada (binder jetting)

O binder jetting constrói uma peça espalhando finas camadas de pó e imprimindo sobre cada uma um líquido adesivo, chamado ligante, com um cabeçote de jato de tinta. Funciona de forma muito parecida com uma impressora de escritório, mas com pó no lugar do papel. Importa porque é uma das formas mais rápidas de imprimir peças metálicas em lotes, e as fundições o usam para imprimir moldes de areia para fundição.

Foto: Oak Ridge National Laboratory, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Caixa de construção do binder jetting em corte, com remoção do pó e sinterização em fornoOs números circulados correspondem às etapas abaixo; as etapas 2 a 4 se repetem a cada camada.

Como funciona

Fatie o modelo. O software corta o modelo 3D em camadas finas. As peças podem ser empacotadas bem juntas e empilhadas, porque o pó as sustenta.
Espalhe uma camada. O pistão de alimentação sobe e um recobridor (um rolo ou uma lâmina) espalha uma camada fina e uniforme de pó, normalmente de 0,05–0,1 mm para metal.
Jateie o ligante. Um cabeçote de impressão a jato de tinta passa e solta minúsculas gotas de ligante apenas onde deve ficar a fatia da peça. Os grãos colados se unem; o resto fica solto.
Desça e repita. A caixa de construção desce uma camada e o ciclo se repete até a caixa ficar cheia. Não é preciso laser nem calor durante a impressão.
Cure e remova o pó. A caixa é aquecida para endurecer o ligante, depois o pó solto é escovado e soprado e reaproveitado. As peças "verdes" coladas são frágeis, como giz.
Sinterize em um forno. As peças metálicas vão para um forno perto do ponto de fusão, onde o ligante queima e os grãos se fundem entre si. A peça encolhe cerca de 15–20% em cada direção ao se densificar.

Dados-chave

Materiais: Aços inoxidáveis, aços-ferramenta, cobre e outros metais; areia de fundição; cerâmicas; gesso para modelos coloridos
Peças típicas: Pequenas peças metálicas em lotes, moldes e machos de areia para fundição, peças cerâmicas, estatuetas coloridas
Tamanho da peça: Peças metálicas geralmente do tamanho de um punho ou menores; impressoras de areia constroem caixas de até vários metros de comprimento
Precisão: Metal: cerca de ±1–2% após a sinterização, por causa do encolhimento; moldes de areia: cerca de ±0,3 mm
Acabamento superficial: Fosco e levemente granulado, como uma fundição fina; muitas vezes jateado ou polido
Tamanho de lote adequado: De centenas a dezenas de milhares de pequenas peças metálicas; de moldes de areia únicos a pequenas séries
Custo de ferramental e máquinas: Sem ferramental; máquinas mais fornos custam de algumas centenas de milhares a mais de um milhão de dólares
Velocidade: A impressão é rápida, muitas vezes algumas horas por caixa cheia, mas a cura e a sinterização acrescentam um dia ou mais

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Impressão rápida de uma caixa inteira de peças, sem suportes
Sem calor durante a impressão, então sem empenamento nem tensões residuais
Imprime moldes e machos de areia sem modelo, direto de um arquivo
Custo por peça metálica menor que o da fusão em leito de pó a laser em grandes volumes

Limites

As peças encolhem durante a sinterização, o que dificulta tolerâncias apertadas
As peças verdes são frágeis e exigem manuseio cuidadoso
Pode restar alguma porosidade, então a resistência pode ficar abaixo da do metal totalmente fundido
Paredes finas e peças planas grandes podem ceder ou se deformar no forno

Onde é usado

FundiçõesMoldes e machos de areia para blocos de motor, carcaças de bombas, protótipos
AutomotivoPequenos suportes e conexões metálicas; moldes para peças fundidas
Bens de consumoPeças de aço para fechaduras, ferramentas e óculos em lotes
IndústriaRotores de bombas, bocais, peças cerâmicas
Arte e designEstatuetas coloridas e maquetes de arquitetura em gesso

Como reconhecê-lo

Uma superfície fosca e levemente granulada, um pouco como uma fundição fina ou um metal sinterizado.
Sem marcas de suporte, e peças com aspecto de bordas ligeiramente suaves.
Em moldes de areia, uma textura arenosa e quebradiça com leves degraus nas curvas.
Peças metálicas muito pequenas feitas em grandes lotes idênticos.

Compare com

Fusão em leito de pó a laser8.4funde o pó metálico com um laser em vez de colá-lo; peças mais densas e sem encolhimento, mas mais lentas e mais caras.Moldagem por injeção de metal (MIM)9.2também produz peças verdes que são sinterizadas; precisa de um molde, mas é mais barata em volumes muito altos.Fundição em areia1.1o binder jetting pode imprimir seus moldes diretamente, sem modelo de madeira ou metal.

Assista

Mars Gadgets · Camada de pó, ligante a jato de tinta e sinterização, para iniciantes

AM Media | The Cool Parts Show · Jornalistas do setor falam sobre o binder jetting e sua etapa de sinterização

CATI: Computer Aided Technology is now GoEngineer · Uma demonstração de impressora, com peças verdes sendo livradas do pó

voxeljet · Moldes e machos de areia impressos, depois metal vazado

Veja fotos reais

Wikipedia: Binder jetting — etapas do processo, materiais e história; focada em texto
Wikipedia: Processos de impressão 3D — binder jetting comparado com outros processos aditivos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

O binder jetting cola o pó com gotas de jato de tinta, camada por camada, sem calor durante a impressão.
As peças metálicas saem frágeis e precisam ser sinterizadas em um forno, onde encolhem.
Serve para lotes de pequenas peças metálicas e moldes de areia impressos para fundição.