55 FABRICO ADITIVO LIMITAÇÕES HISTÓRICAS DO PBF-LB/M EM GRANDE ESCALA Até agora, dois fatores limitavam a produção aditiva de moldes HPDC de grande formato. Por um lado, o volume útil das máquinas PBF-LB convencionais era insuficiente para fabricar insertos com dimensões superiores a 600 x 600 mm2 numa única peça. Por outro, os aços-ferramenta tradicionalmente utilizados — como H11, H13 ou M300 — apresentavam risco elevado de fissuração, distorção térmica e propriedades mecânicas inconsistentes quando processados acima dos 20.000 cm3. Os gradientes térmicos gerados durante a fusão seletiva por laser e no tratamento térmico subsequente intensificavam tensões internas, particularmente problemáticas em geometrias maciças. “Para ultrapassar estas limitações, precisamos de uma nova geração de máquinas e materiais especificamente adaptados aos requisitos dos moldes HPDC de grande formato”, explica Niklas Prätzsch, responsável pelo grupo de Tecnologia de Processo LPBF no Fraunhofer ILT. MÁQUINA ESCALÁVEL E MATERIAL DEDICADO A resposta passou pelo desenvolvimento de uma máquina PBF-LB/M de arquitetura 'gantry' com cinco lasers e um volume atual de construção de 1.000 x 800 x 350 mm3. O sistema integra cabeça de processamento móvel e controlo local do fluxo de gás de proteção, permitindo escalar o volume ao longo dos eixos da máquina mantendo condições de processo constantes. Adicionalmente, foi desenvolvido um módulo de substrato aquecido capaz de atingir 200 °C. Ao evitar que cada camada solidificada arrefeça até à temperatura ambiente, reduz-se significativamente o gradiente térmico e, consequentemente, as tensões internas e o risco de fissuração. Em paralelo, a MacLean-Fogg desenvolveu o aço L-40, otimizado para processamento por PBF-LB/M. Este material apresenta menor suscetibilidade à formação de fissuras, tanto durante a construção como no tratamento térmico. Em estado ‘as-built’, alcança cerca de 48 HRC de dureza, resistência à tração de 1.420 MPa e resistência ao impacto entalhado superior a 60 J, mantendo elevada precisão dimensional. Ensaios realizados em geometrias complexas — incluindo canais circulares e sobrepostos — validaram a robustez do conceito e a transferência de parâmetros para a nova arquitetura de máquina. REFRIGERAÇÃO CONFORMAL E AUMENTO DA VIDA ÚTIL O principal avanço reside na possibilidade de integrar canais de refrigeração conformais livremente configuráveis. Ao adaptar os circuitos às zonas termicamente mais solicitadas do molde, é possível reduzir picos de temperatura, minimizar desgaste termo-mecânico e prolongar significativamente a vida útil. Resultados preliminares obtidos com moldes de menor dimensão já utilizados em produção pela Toyota indicam aumentos substanciais de durabilidade face a moldes convencionais em H13 — em projetos anteriores, até quatro vezes superiores. No projeto atual, foi produzido um inserto híbrido de grande volume (mais de 20.000 cm3) para uma carcaça de caixa de velocidades. A estratégia combinou um pré-formado convencional com canais verticais e estruturas aditivas nas zonas críticas, onde a maquinação tradicional não permite gerar geometrias internas complexas. Esta abordagem híbrida reduz o tempo de fabrico e o custo global, utilizando o processo aditivo apenas nas áreas onde cria valor acrescentado. Após a construção, o inserto foi submetido a recozimento de alívio de tensões e as superfícies funcionais foram maquinadas de forma convencional, exigindo apenas acabamento final de precisão. Conceção dos canais de refrigeração: Em vez de refrigeração convencional por pinos (em cima), a nova solução incorpora uma rede complexa de canais conformais (em baixo), impossível de maquinar, ajustada às zonas de maior carga térmica para reduzir picos de temperatura, desgaste e prolongar a vida útil.
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