Lição 8.9MoldarCapítulo 8 · Manufatura aditiva

Manufatura aditiva ultrassônica (UAM)

A vibração ultrassônica solda folhas metálicas sem fundir, depois uma fresa as apara (laminação de chapas)

A manufatura aditiva ultrassônica (UAM) constrói peças metálicas soldando finas folhas umas sobre as outras com vibração de alta frequência. Nada derrete: o metal continua sólido, do mesmo modo que duas superfícies metálicas muito limpas podem colar quando esfregadas com força. Como funciona a frio, a UAM pode enterrar sensores, fios e canais de resfriamento dentro de metal maciço.

Foto: Fabrisonic LLC, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

manufatura aditiva ultrassônica · soldagem e usinagem, 5 etapasEsquerda: as folhas sendo soldadas, com a junta ampliada embaixo. Direita: a etapa de usinagem que se segue. Os números em círculo correspondem às etapas abaixo.

Como funciona

Coloque uma folha. Uma tira de folha metálica, geralmente com cerca de 0,15 mm de espessura e 25 mm de largura, se desenrola sobre a peça.
Pressione e vibre. Um sonotrodo (uma ponta em forma de roda acionada por vibração ultrassônica) rola sobre a folha. Ele pressiona forte e a esfrega de um lado para o outro cerca de 20.000 vezes por segundo (20 kHz).
Una sem fundir. A esfregação rompe a fina película de óxido (uma pátina) nas duas superfícies. Metal limpo toca metal limpo e os átomos se ligam, enquanto a peça fica morna, não fundida.
Repita. As folhas são colocadas lado a lado e umas sobre as outras, construindo um bloco sólido camada por camada.
Usine e embuta. A cada poucas camadas, uma fresa CNC embutida (uma ferramenta de corte controlada por computador) apara o contorno e corta canais ou bolsões. Sensores ou fibras entram em um bolsão, e novas folhas os selam lá dentro.

Dados-chave

Materiais: Ligas de alumínio (as mais comuns), folhas de cobre, titânio, níquel e aço; pares diferentes, como alumínio com cobre ou titânio
Peças típicas: Trocadores de calor com canais internos, peças com sensores ou fibras embutidos, placas multimetal e juntas de transição
Tamanho da peça: De alguns centímetros a cerca de 1,8 m de largura nas maiores máquinas
Precisão: Definida pela fresa CNC embutida: cerca de ±0,05 mm nas faces usinadas
Acabamento superficial: Usinada, então tão lisa quanto qualquer peça fresada
Tamanho de lote adequado: Protótipos, peças únicas e pequenas séries de peças de alto valor
Custo de ferramental e máquinas: Sem ferramental. As máquinas geralmente custam de várias centenas de milhares a milhões de dólares
Velocidade: De horas a dias por peça: a soldagem é rápida, mas as paradas de usinagem acrescentam tempo

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Sem fusão, então metais diferentes se unem sem camadas frágeis
Sensores, fibras e componentes eletrônicos sobrevivem a ser enterrados em metal
Canais internos sem suportes nem pó solto para limpar
Precisão e acabamento de usinagem na mesma máquina

Limites

Funciona melhor com metais mais macios; o alumínio é, de longe, o mais fácil
As ligações entre as folhas podem ser mais fracas no sentido do empilhamento
Principalmente formas em bloco; detalhes finos, altos ou intrincados são difíceis
Poucos fabricantes de máquinas e equipamento caro

Onde é usado

Aeroespacial e espaçoTrocadores de calor e peças de controle térmico para satélites e aviões
EletrônicaPlacas frias e carcaças com canais de resfriamento embutidos
Energia e pesquisaEstruturas com sensores de fibra óptica ou de temperatura embutidos
Indústria pesadaJuntas de transição multimetal, como alumínio ligado a aço ou a cobre

Como reconhecê-lo

Peças em bloco que parecem fresadas de um maciço, sem linhas de camada por fora.
Em um corte atacado quimicamente, finas listras com cerca de 0,15 mm de intervalo: as camadas de folha.
Dois metais diferentes em um só bloco, como alumínio sobre cobre, encontrando-se em um limite nítido e reto.
Canais ou fios internos ocultos que nenhuma ferramenta de corte alcançaria por fora.

Compare com

Soldagem ultrassônica7.7a mesma ligação por vibração usada para unir duas peças; a UAM a repete folha após folha para construir uma.Fusão em leito de pó a laser8.4também faz canais internos, mas derretendo pó, então não consegue enterrar sensores nem misturar metais livremente.Fresamento5.2a UAM tem uma fresa embutida; a forma final é cortada, então a precisão equivale à da fresagem.

Assista

Fabrisonic3D · O fabricante explica como a soldagem ultrassônica une folhas sem fundir

Fabrisonic3D · Imagens reais da máquina colocando, soldando e aparando folhas

Fabrisonic3D · Peças de exemplo: sensores embutidos, canais internos, metais mistos

Fabrisonic3D · Uma grande máquina de produção em funcionamento

Veja fotos reais

Wikipédia: Consolidação ultrassônica — o processo e sua história; só texto, sem fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

A UAM solda folhas metálicas com pressão e vibração ultrassônica, sem nunca fundi-las.
O baixo calor permite unir metais diferentes e enterrar sensores dentro de metal maciço.
Alterna soldagem e usinagem CNC, então as peças saem precisas.