Lição 8.7MoldarCapítulo 8 · Manufatura aditiva

Deposição por energia direcionada (DED/LMD)

Um laser funde uma poça na peça; pó soprado adiciona metal (deposição por energia direcionada)

A deposição por energia direcionada (DED) adiciona metal fundindo-o exatamente onde ele cai, como uma tocha de soldagem que constrói em vez de unir. Na deposição de metal a laser (LMD), sua forma mais comum, um laser funde uma pequena poça e o pó soprado vira metal novo. É o método preferido para reparar peças desgastadas e caras e para acrescentar detalhes a peças existentes.

Foto: Lucie Prokešová, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

deposição de metal a laser · corte do cabeçote e um reparo, 5 etapasEm cima: um corte pelo cabeçote enquanto ele se move para a direita. Embaixo: um trabalho de reparo típico. Os números circulados correspondem às etapas abaixo.

Como funciona

Funda uma pequena poça. Um feixe de laser focalizado, normalmente de centenas de watts a alguns quilowatts, funde um ponto na peça. Essa poça de fusão (uma minúscula poça de metal líquido) tem alguns milímetros de largura.
Sopre o pó. Bocais em volta do feixe sopram pó fino de metal para dentro da poça. O argônio (um gás inerte) carrega o pó e protege o metal quente do ar.
Deixe o cordão solidificar. O pó funde na poça. Quando o cabeçote avança, o metal atrás dele esfria em uma fração de segundo e vira um cordão (uma trilha elevada de metal novo).
Percorra a camada e suba um degrau. Um robô ou uma máquina de 5 eixos (que também pode inclinar e girar a peça) guia o cabeçote ao longo do percurso de cada camada. Depois sobe uma camada e repete.
Usine até a medida. A superfície sai ondulada e um pouco acima da medida, então a peça é fresada ou retificada até a forma final. Em um reparo, isso restaura o contorno original.

Dados-chave

Materiais: Metais soldáveis: ligas de titânio, superligas de níquel (ligas resistentes ao calor para motores a jato), aços inoxidáveis e aços-ferramenta, ligas de cobalto e de cobre. Misturar dois pós pode fazer a transição gradual de um metal para outro
Peças típicas: Pás de turbina, eixos e moldes reparados; revestimentos resistentes ao desgaste; detalhes acrescentados a peças existentes; blanks de forma próxima da final (perto da forma final, precisando só de usinagem leve)
Tamanho da peça: De alguns milímetros de reparo a peças com mais de 1 m, limitado pelo alcance do robô ou da máquina
Precisão: Cerca de ±0,5 mm como depositado; a usinagem final leva a cerca de ±0,05 mm
Acabamento superficial: Rugosa e ondulada como depositada; lisa só depois da usinagem
Tamanho de lote adequado: Peças únicas, reparos e pequenos lotes
Custo de ferramental e máquinas: Sem ferramental. Sistemas industriais a laser normalmente custam de várias centenas de milhares a mais de um milhão de dólares
Velocidade: Normalmente cerca de 0,1–2 kg de metal por hora: mais rápida que a fusão em leito de pó, mais lenta que a WAAM

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Adiciona metal a peças existentes, então peças desgastadas podem ser reparadas
Constrói peças grandes sem leito de pó
Pode trocar ou misturar metais dentro de uma mesma peça
Um cabeçote inclinável de 5 eixos constrói muitas saliências sem suportes

Limites

Superfícies rugosas: quase toda peça precisa de usinagem depois
Detalhes mais grosseiros que a fusão em leito de pó: sem treliças finas nem furos minúsculos
O calor causa tensões e distorções que precisam ser controladas
Lasers caros, e o pó fino de metal é um risco de incêndio e para a respiração

Onde é usado

AeroespacialReparo de pontas de pás de turbina e blisks (discos com pás de peça única); pré-formas de titânio
Geração de energiaRecuperação de peças desgastadas de turbinas e bombas
Petróleo e gásRevestimento resistente ao desgaste e à corrosão em ferramentas de perfuração e válvulas
FerramentariaReparo e modificação de moldes e matrizes em vez de substituí-los
Indústria pesadaRecuperação de eixos, rolos e engrenagens desgastados

Como reconhecê-lo

Ondulações finas e paralelas na superfície, uma para cada cordão depositado por uma passada do cabeçote.
Uma linha de limite onde o metal novo encontra a peça original, visível em um corte ou superfície polida.
Faces usinadas bem ao lado de faces rugosas e onduladas na mesma peça.
Paredes grossas com bordas arredondadas em forma de cordão em vez de cantos vivos.

Compare com

Fusão em leito de pó a laser8.4também funde pó metálico com um laser, mas em uma camada fina espalhada: detalhes mais finos, peças menores, sem reparos.WAAM8.8a mesma ideia de acúmulo com um arco de soldagem e arame: mais barata e rápida, mas mais grosseira.Soldagem a arco7.1A DED é essencialmente soldagem automatizada, empilhando cordões até formar uma peça em vez de preencher uma junta.

Assista

3Dnatives · Um tour de dois minutos para iniciantes sobre a DED, seus materiais e seus usos

AM Media | The Cool Parts Show · Um especialista compara a alimentação por pó e por arame e explica por que cabeçotes de 5 eixos dispensam suportes

AM Media | The Cool Parts Show · Trabalho de reparo real: metal novo depositado em pontas de pás desgastadas

Vision Miner · A versão com arame da deposição a laser em funcionamento

Veja fotos reais

Wikipedia: Deposição por energia direcionada — como funcionam as versões com pó e com arame; poucas fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

A DED funde o metal exatamente onde ele é adicionado, usando uma fonte de calor focalizada e pó ou arame.
Brilha em reparar e acrescentar a peças existentes, e em construir formas grandes e brutas.
Planeje a usinagem: as peças saem da máquina onduladas e um pouco acima da medida.