Novas aproximações para o fabrico por via aditiva de componentes multimaterial

Abstract

Inovar não é apenas criar algo novo, é também apresentar alterações e novos pontos de vista àquilo que já existe. A utilização do processo de Moagem de Alta Energia como método de preparação de mistura de dois tipos de pós para uso no fabrico aditivo, permite recorrer à possibilidade de criar um gradiente composicional, que permita a coexistência de dois materiais distintos sem necessidade de usar processos de ligação como a brasagem.A produção de ferramentas de corte, constituídas na sua grande maioria por carboneto de tungsténio designado vulgarmente por metal duro obriga a um suporte normalmente em aço ferramenta brasado. Criar uma interface entre o carboneto de tungsténio e o aço ferramenta (H13) por um processo único - processo aditivo-, é obrigatório para atingir o objetivo. A síntese mecânica permite a distribuição homogénea dos materiais, garantindo também uma diminuição dos defeitos durante o processo de Fusão Seletiva por Laser (SLM). Após seleção dos parâmetros adequados para o Processo de Moagem de Alta Energia (moinho de bolas planetário), várias misturas com teores diferentes de cada material em jogo foram sujeitas ao processo de moagem. Como a escoabilidade dos pós é um parâmetro fundamental para o SLM particular atenção foi dada a esta característica. Contrariamente ao previsto, para determinadas quantidades de pó, os parâmetros de moagem induziram a dissociação de WC. Com objetivo de inibir a dissociação do WC pelo efeito do H13 martensítico na destruição do Co existente como aditivo do WC foi adicionado Ni. Contudo, a presença de Ni tornou o comportamento da mistura aleatório, pois para teores similares de Ni ocorria ora soldadura entre os diversos pós, ora tinha um comportamento de acordo com o previsto. Em consequência, com o intuito de analisar em detalhe as consequências desta ocorrência há a necessidade de compreender este comportamento. Para tal foram processadas estas misturas não por SLM, mas por prensagem uniaxial, seguida de sinterização. Em consequência, poder-se-á concluir que para os teores de WC+Co e H13 estudados há sempre aplicação na pulverotecnologia - processos aditivos (para misturas de baixo teor em H13 e sem níquel) e processo replicativos (para misturas de maiores teores de H13 e Níquel).

Innovating isn’t simply the act of creating something new, but also to bring change and different points of view. That said, taking a new approach of the High Energy Ball Milling process by viewing it as a preparation method for Additive Manufacturing creates the possibility to form a compositional gradient, allowing two inherently different materials to coexist, without the need of conventional processes such as brazing. The production of cutting tools, the big majority being made of Tungsten Carbide, also known as Hard Metal, obligates the junction with a steel tool usually through the process of brazing. Therefore, The production of an interface between Hardmetal and H13 Tool Steel using a single method – Additive Manufacturing – is the main goal. The Mechanical Alloying process allows for a homogeneous distribution of the elements, lessening the defects of the Selective Laser Melting process. After studying the most adequate parameters for the High Energy Ball Milling Process, several sets of mixtures with different %wt of each material were subdued to the process. Afterwards, their flowability was assessed, since it is an extremely important characteristic to the SLM process. However, unlike it was predicted, some of the different mixtures with the selected ball milling parameters led to mechanisms of dissociation during milling turning WC into W+C due to the high friction within the chamber. Aiming to lessen the effects of dissociation, Ni was added to the mixture, since it has similar properties to Co as a binder. The addition on Ni proved unsuccessful, due to its aleatory behavior: it produced usable powder for SLM as well as agglomerated powder, strengthening too much the effects of cold welding. With these unexpected results, the SLM process is put aside due to poor conditions of the powder, and, in order to understand the causes of this behavior, the samples were uniaxially pressed, sintered and analysed in order to determine their density and hardness. These samples, after sintering, showed values of density and hardness within the norm. In conclusion, the several grades of WC+Co and H13 used always have an application within pulverotechnology: either through additive manufacturing (for low grades of H13) and through replicative processes (for higher grades of H13 and Ni).