Uma revisão crítica sobre a reutilização de pó metálico na manufatura aditiva
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Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Campus São Carlos
Engenharia de Materiais - EMa
UFSCar
Campus São Carlos
Engenharia de Materiais - EMa
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Description
The present review work addresses the feasibility of metallic powder reuse in additive
manufacturing (AM), exploring various crucial aspects influencing the process. It was
motivated by a lack of similar studies, seeking to examine and consolidate the impact of
multiple printing cycles on various powder aspects. Additionally, the study aimed to investigate
the results of the printing sequences on the mechanical properties of the manufactured parts.
Powder reuse significantly influences particle morphology and size distribution. It was
identified that these changes in morphology and particle size distribution generally occur with
an increase in the number of cycles, directly affecting the quality of the material deposited
during additive manufacturing.
It was also observed that reuse can compromise powder packing and flow, influencing
the ease of layer formation and homogeneity of the deposited layer, resulting in potential
process failures. These changes are not directly caused by process factors but by powder
characteristics such as roughness, oxidation content, morphology, and size distribution, as
well as more specific factors like magnetic phases present in the powder.
Defects also occur in AM-obtained parts, such as increased density and size of
porosities, compositional variations mainly due to oxidation, and an increase in defects such
as lack of material fusion and voids due to uneven powder distribution. The spattering
phenomenon, in which significant portions of the powder are ejected from the metal bed, also
significantly alters the powder that will be reused and generates defects in the parts
manufactured in the current print, such as voids and layer discontinuities.
All these issues could lead to a significant deterioration in local and global mechanical
properties of parts manufactured from reused material that has not been rigorously studied,
controlled, and treated. This treatment involves stages of sieving between cycles to remove
agglomerates and spatters, thus mitigating negative effects caused by these phenomena
resulting from the decline in powder quality.
Finally, this review emphasizes the complexity of metallic powder reuse in additive
manufacturing, highlighting the importance of carefully monitoring powder characteristics
between each print cycle to ensure better results. Understanding the impact on the properties
of manufactured parts is crucial for establishing viable recycling limits, balancing economic
efficiency with the quality of the final product. Regarding expectations for advances in research
in this area, studies of different alloys and other additive manufacturing processes are
included, investigating properties beyond just mechanical ones. In addition, an advanced
study of the effect of reuse on microstructure and formed phases and the impact on the quality
of the surface finish of manufactured parts is anticipated.
Não recebi financiamento
O presente trabalho de revisão aborda a viabilidade do reuso de pó metálico na manufatura aditiva (MA), explorando diversos aspectos cruciais que influenciam o processo. Ele foi motivado pela ausência de estudos similares a esse, buscando estudar e condensar o impacto de múltiplos ciclos de impressão em diversos aspectos do pó. Além disso, buscou se estudar também os efeitos dessa sequência de impressões para as propriedades mecânicas das peças fabricadas. A reutilização do pó influência de forma significativa a morfologia e a distribuição do tamanho de partículas. Identificou-se que essas alterações de morfologia e distribuição de tamanho geralmente ocorrem com o aumento do número de ciclos, afetando diretamente a qualidade do material depositado durante a manufatura aditiva. Foi observado também que o reuso pode comprometer o empacotamento e a fluidez de pó, influenciando a facilidade de formação e homogeneidade da camada depositada, resultando em possíveis falhas no processo. Essas alterações não são dadas diretamente por fatores de processo, mas por características do pó, como rugosidade, teor de oxidação, morfologia e distribuição de tamanho, além de outros fatores mais específicos como fases magnéticas presentes no pó, por exemplo. Defeitos também ocorrem nas peças obtidas por MA como por exemplo o aumento na densidade e no tamanho de porosidades, variações composicionais devidas principalmente à oxidação e também o incremento de defeitos como a falta de fusão de material e os vazios por má distribuição de pó. O fenômeno de spattering, no qual porções significativas do pó disparam a partir do leito metálico, também altera de forma significativa o pó que será reutilizado e gera defeitos nas peças fabricadas na impressão atual, como os vazios e descontinuidades de camada. Esses problemas todos podem levar à uma piora significativa em escala local e global das propriedades mecânicas nas peças fabricadas por material reutilizado que não tenha sido rigorosamente estudado, controlado e tratado. Esse tratamento consiste na passagem por etapas de peneiragem entre os ciclos, para retirar aglomerados e spatters e assim mitigar efeitos negativos causados por esses fenômenos que ocorreriam em decorrência da decaída na qualidade do pó. Finalmente, esta revisão enfatiza a complexidade do reuso de pó metálico na manufatura aditiva, destacando a importância de monitorar cuidadosamente as características do pó entre cada ciclo de impressão para garantir melhores resultados. A compreensão do impacto nas propriedades das peças fabricadas é crucial para estabelecer limites de reciclagem viáveis, equilibrando eficiência econômica com a qualidade do produto final. Quanto ao que se espera do avanço da pesquisa nessa área, incluem-se estudos para mais ligas e mais processos de manufatura aditiva, investigar propriedades que não só as mecânicas. Somado a isso, espera-se um estudo mais avançado do efeito do reuso na microestrutura e nas fases formadas e no impacto da qualidade do acabamento superficial das peças fabricadas.
Não recebi financiamento
O presente trabalho de revisão aborda a viabilidade do reuso de pó metálico na manufatura aditiva (MA), explorando diversos aspectos cruciais que influenciam o processo. Ele foi motivado pela ausência de estudos similares a esse, buscando estudar e condensar o impacto de múltiplos ciclos de impressão em diversos aspectos do pó. Além disso, buscou se estudar também os efeitos dessa sequência de impressões para as propriedades mecânicas das peças fabricadas. A reutilização do pó influência de forma significativa a morfologia e a distribuição do tamanho de partículas. Identificou-se que essas alterações de morfologia e distribuição de tamanho geralmente ocorrem com o aumento do número de ciclos, afetando diretamente a qualidade do material depositado durante a manufatura aditiva. Foi observado também que o reuso pode comprometer o empacotamento e a fluidez de pó, influenciando a facilidade de formação e homogeneidade da camada depositada, resultando em possíveis falhas no processo. Essas alterações não são dadas diretamente por fatores de processo, mas por características do pó, como rugosidade, teor de oxidação, morfologia e distribuição de tamanho, além de outros fatores mais específicos como fases magnéticas presentes no pó, por exemplo. Defeitos também ocorrem nas peças obtidas por MA como por exemplo o aumento na densidade e no tamanho de porosidades, variações composicionais devidas principalmente à oxidação e também o incremento de defeitos como a falta de fusão de material e os vazios por má distribuição de pó. O fenômeno de spattering, no qual porções significativas do pó disparam a partir do leito metálico, também altera de forma significativa o pó que será reutilizado e gera defeitos nas peças fabricadas na impressão atual, como os vazios e descontinuidades de camada. Esses problemas todos podem levar à uma piora significativa em escala local e global das propriedades mecânicas nas peças fabricadas por material reutilizado que não tenha sido rigorosamente estudado, controlado e tratado. Esse tratamento consiste na passagem por etapas de peneiragem entre os ciclos, para retirar aglomerados e spatters e assim mitigar efeitos negativos causados por esses fenômenos que ocorreriam em decorrência da decaída na qualidade do pó. Finalmente, esta revisão enfatiza a complexidade do reuso de pó metálico na manufatura aditiva, destacando a importância de monitorar cuidadosamente as características do pó entre cada ciclo de impressão para garantir melhores resultados. A compreensão do impacto nas propriedades das peças fabricadas é crucial para estabelecer limites de reciclagem viáveis, equilibrando eficiência econômica com a qualidade do produto final. Quanto ao que se espera do avanço da pesquisa nessa área, incluem-se estudos para mais ligas e mais processos de manufatura aditiva, investigar propriedades que não só as mecânicas. Somado a isso, espera-se um estudo mais avançado do efeito do reuso na microestrutura e nas fases formadas e no impacto da qualidade do acabamento superficial das peças fabricadas.
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