Uma das tecnologias de manufatura aditiva mais precisas do mercado são as impressoras 3D de leito de pó, que usam várias técnicas para derreter ou sinterizar materiais em pó em camadas sucessivas para formar componentes completos. Essas impressoras usam arquivos CAD que são cortados usando um software de corte e, em seguida, passam pela impressora 3D.

Duas tecnologias bem conhecidas de fusão de leito de pó são a fusão por feixe de elétrons (EBM) e a fusão seletiva a laser (SLM), que usam pós de liga metálica para imprimir. Cada uma delas forma seções fortes e espessas a partir de pó metálico, embora tenham muitas diferenças em relação ao método e às habilidades.

Definição de EBM (fusão por feixe de elétrons)

O EBM é uma técnica de manufatura aditiva que utiliza um feixe de elétrons gerado por um canhão de elétrons direcionado por campos magnéticos. Esse sistema foi inventado pela Arcam (que foi adquirida pela GE) em conjunto com a Chalmers University of Technology em 1993.

Principais características do processo EBM

• Usa um filamento de tungstênio superaquecido para emitir elétrons em uma câmara de vácuo
• Os elétrons viajam a aproximadamente metade da velocidade da luz
• Pode atingir temperaturas de até 2.000°C
• O feixe de elétrons pode ser direcionado a velocidades de até 8.000 mm/s
• Requer uma câmara de vácuo para evitar a oxidação
• Usa elétrons energizados em vez de fótons (como os lasers)

Materiais EBM

A EBM imprime somente metais e ligas condutivas, incluindo:

• Titânio e ligas de titânio (Ti6AL4V)
• Tântalo
• Aço inoxidável
• Aço para ferramentas
• Cromo cobalto (CoCrMo)
• Cobre
• Ligas de níquel (Inconel® 718)

Definição de SLM (fusão seletiva a laser)

A SLM é uma tecnologia de fusão em leito de pó que utiliza lasers de fibra de alta potência para derreter seletivamente o pó metálico. Inventada pela primeira vez em 1995 e comercializada pela SLM Solutions, a SLM pode utilizar até 12 lasers de alta potência simultaneamente.

Principais características do processo SLM

• Usa lasers de fibra de alta potência (normalmente 1000W por laser)
• Derrete totalmente o material em vez de apenas sinterizar
• Funciona em uma câmara cheia de gás inerte (sem vácuo)
• Alturas de camada de 20 a 50 mícrons
• Pode ajustar a largura do feixe para otimizar a velocidade ou a precisão

Materiais SLM

O SLM tem uma variedade maior de materiais, incluindo:

• Metais puros como o titânio
• Aço para ferramentas
• Cobre
• Aço inoxidável
• Cromo cobalto
• Alumínio e ligas de alumínio
• Metais preciosos
• A maioria das ligas à base de ferro, níquel, cobalto e cobre

Comparação detalhada | EBM vs SLM

Diferenças tecnológicas

Comparação de desempenho | EBM vs SLM

Velocidade

Vantagens do EBM: Imprime mais rápido do que a SLM de feixe único devido ao feixe mais amplo e ao posicionamento rápido

Resposta da SLM: Os sistemas SLM de múltiplos feixes (até 12 lasers) podem igualar ou exceder a velocidade do EBM

Precisão e acabamento de superfície

Vantagens do SLM: Melhor precisão dimensional, acabamento de superfície superior, resolução de camada mais fina

Desvantagens da EBM: Acabamento superficial mais áspero devido à maior largura do feixe, exigindo mais pós-processamento

Volume de construção

EBM: Limitado a 350 mm de diâmetro × 430 mm de altura (cilíndrico)

SLM: Até 600 × 600 × 600 mm (é possível ter peças individuais maiores)

Propriedades e aplicações do material

Características da peça

• Ambas as tecnologias produzem:
• Peças de alta densidade
• Excelentes propriedades mecânicas
• Propriedades isotrópicas do material
• Componentes fortes e leves

Específico para EBM:

• Menos tensões internas
• Tratamento térmico raramente necessário
• Taxa de reciclagem de pó de até 98%

Específico para SLM:

• Baixa porosidade
• Tensões internas mais altas (geralmente requer tratamento térmico pós-construção)
• Boa precisão dimensional

Aplicativos do setor

Aplicativos EBM:

• Aeroespacial (lâminas de turbina)
• Médico (implantes ortopédicos)
• Componentes automotivos
• Aplicativos de defesa
• Indústria petroquímica

Aplicativos SLM:

• Aeroespacial
• Automotivo
• Médico e odontológico
• Ferramentas industriais
• Construção
• Joias
• Conjuntos completos (não apenas componentes)

Vantagens e desvantagens | EBM vs SLM

Vantagens da EBM:

• Velocidade de impressão mais rápida (feixe único)
• Temperaturas de fusão mais altas (até 2.000°C)
• Menos estruturas de suporte necessárias
• Menor estresse interno
• Excelentes propriedades mecânicas
• Alta taxa de reciclagem de pó
• Pode separar o feixe para vários locais simultaneamente

Desvantagens da EBM:

• Limitado apenas a materiais condutores
• Requer câmara de vácuo (aumenta a complexidade e limita o tamanho)
• Menor precisão do produto
• Acabamento superficial áspero que requer pós-processamento
• Máquinas e materiais caros
• Tecnologia proprietária
• Requer técnicos altamente qualificados
• Limitado a peças menores
• Período de resfriamento necessário

Vantagens do SLM:

• Maior variedade de materiais
• Melhor precisão dimensional
• Acabamento de superfície superior
• Maiores volumes de construção
• Pode imprimir montagens inteiras
• O operador pode ajustar a largura do feixe para velocidade vs. precisão
• Várias opções de laser para aumentar a velocidade

Desvantagens do SLM:

• Impressão mais lenta (sistemas de feixe único)
• Tensões internas mais altas
• Requer tratamento térmico pós-construção
• Máquinas de nível básico mais caras 

Tecnologias alternativas

Sinterização direta a laser de metal (DMLS)

Sinterização direta a laser de metal Semelhante ao SLM, mas usa vários lasers de baixa energia e oferece precisão superior com melhor resolução do que o EBM e o SLM, embora com menor densidade.

Deposição de energia dirigida (DED)

Pode imprimir metais, polímeros e cerâmicas usando filamentos ou pó. Produz produtos maiores rapidamente e pode lidar com vários materiais.

Sinterização seletiva a laser (SLS)

Sinterização seletiva a laser é muito semelhante ao SLM, mas imprime com plástico em vez de materiais metálicos.

Resumo

EBM e SLM são tecnologias de impressão 3D de metal por fusão em leito de pó que utilizam fontes de calor de alta intensidade para derreter o pó de metal e produzir produtos fortes e densos. A escolha entre elas depende de requisitos específicos:

Escolha a EBM quando:

• A velocidade é a prioridade
• Trabalho com materiais refratários/condutores
• A minimização do estresse interno é importante
• O tratamento térmico deve ser evitado

Escolha o SLM quando:

• A precisão e o acabamento da superfície são essenciais
• É necessária uma variedade de materiais
• São necessárias peças maiores ou montagens completas
• É necessária uma resolução mais alta

Ambas as tecnologias continuam a evoluir, com a SLM ganhando terreno por meio de sistemas multi-laser que se equiparam às vantagens de velocidade da EBM, mantendo a precisão superior e a flexibilidade do material.

Perguntas frequentes

Como o EBM e o SLM diferem na fonte de calor que utilizam?

O EBM usa um feixe de elétrons, enquanto o SLM usa um laser para fundir pós metálicos.

Qual processo opera em uma câmara de vácuo?

O EBM opera em vácuo, enquanto o SLM trabalha em uma atmosfera de gás inerte.

Quais metais são comumente processados por EBM e SLM?

O EBM é frequentemente usado para titânio e ligas de cobalto-cromo; o SLM trabalha com uma gama mais ampla, incluindo aços inoxidáveis e alumínio.

Como se comparam o acabamento da superfície e a precisão?

O SLM normalmente produz acabamentos de superfície mais finos e peças de maior resolução do que o EBM.

Qual processo geralmente tem taxas de construção mais rápidas?

O EBM pode ter velocidades de construção mais rápidas devido à maior densidade de energia e à fusão de volumes.

Quais são as aplicações típicas de EBM vs. SLM?

O EBM é popular na indústria aeroespacial e em implantes médicos; o SLM é usado nos setores automotivo, aeroespacial e de ferramentas.

Qual processo resulta em peças com menos tensão residual?

As peças EBM tendem a ter menor tensão residual devido ao ambiente de vácuo e ao pré-aquecimento.

O pós-processamento é diferente entre EBM e SLM?

Ambos exigem pós-processamento semelhante, mas as peças SLM podem precisar de mais acabamento de superfície.

Qual método é mais caro?

Os custos variam, mas as máquinas e a operação de EBM tendem a ser mais caras do que as de SLM.