BR112015032930B1 - processo para fabricação de peças - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE PEÇAS. A invenção trata de um processo para fabricação rápida de peças de material metálico, intermetálico, cerâmico, de compósito com matriz cerâmica ou de compósito com matriz metálica com reforço descontínuo, notadamente com reforço cerâmico ou intermetálico, por fusão ou sinterização de partículas de pó(s) por meio de um feixe de alta energia. De modo característico, o pó utilizado é um único pó cujas partículas apresentam uma esfericidade entre 0,8 e 1,0 e um fator de forma entre 1 e ? 2, cada partícula de pó apresentando uma composição média sensivelmente idêntica e a repartição granulométrica das partículas do dito pó é estreitada em torno do valor de diâmetro médio d 50% de sorte que: (d 90% - d 50% ) / d 50% ? 0,66 e (d 50% - d 10% ) / d 50% ? 0,33 com um «span» (d 90% - d 10% ) / d50% ? 1,00. Aplicação à fabricação rápida de peças por fusão seletiva por laser («Selective Laser Melting» ou SLM) ou por sinterização seletiva por laser («Selective Laser Sintering» ou SLS) ou ainda por projeção laser («Di rect Metal Deposition» ou DMD).Tais pós são adaptados ao par processo/material visado.

Description

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE PEÇAS

[001] A presente invenção trata do domínio da fabricação de peças em material metálico, intermetálico, cerâmico, em compósito com matriz cerâmica (CMC) ou em compósito com matriz metálica (CMM) com reforço descontínuo, notadamente com reforço cerâmico ou intermetálico, por fusão ou sinterização de partículas de pó(s) por meio de um feixe de alta energia.

[002] Entende-se por reforço descontínuo elementos de reforço, tais como fibras curtas (whiskers ou dendritas), partículas, em particular monocristalinas, e não elementos de reforço contínuo do tipo fibras longas.

[003] Dentre estes feixes de alta energia, pode-se mencionar notadamente, de modo não limitativo, o feixe laser e o feixe de elétrons. Com respeito ao laser, pode ser tanto pulsado quanto contínuo.

[004] A invenção visa em particular a fabricação rápida de peças por projeção laser ou por fusão seletiva de leitos de pó por laser ou ainda por sinterização seletiva de leitos de pó por laser.

[005] Por «sinterização seletiva por laser», em inglês «Selective Laser Sintering» (SLS), entende-se um processo no qual uma parte do pó é fundida, a outra parte permanecendo sólida. Isto diz respeito em particular à fabricação de peças em material cerâmico, em CMC e para certos CMM. Para os dois primeiros materiais (cerâmico e CMC), a fase líquida é minoritária (o mais frequentemente entre 0,5 e 3% em vol.) e para os CMM esta fase líquida é majoritária, mas raramente inferior a 70% em volume.

[006] Por «fusão seletiva por laser», em inglês «Selective Laser Melting» (SLM), entende-se um processo no qual a totalidade do pó é fundida e cujas características principais são sumarizadas abaixo, com referência à figura 1.

[007] Deposita-se, por exemplo, com a ajuda de um rolo 30 (ou qualquer outro meio de deposição), uma primeira camada 10 de pó de um material sobre um suporte de construção 80 (pode se tratar de um suporte maciço, de uma parte de uma outra peça ou de uma grade de suporte utilizada para facilitar a construção de certas peças).

[008] Este pó é transferido para o suporte de construção 80 de um receptáculo de alimentação 70 durante um movimento de ida do rolo 3,0 e depois ele é raspado e eventualmente ligeiramente compactado, durante um (ou vários) movimento(s) de retorno do rolo 30. O pó é composto de partículas 60. O excedente de pó é recuperado em um receptáculo de reciclagem 40 situada de modo adjacente ao receptáculo de construção 85, no qual se desloca verticalmente o suporte de construção 80.

[009] Utiliza-se igualmente um gerador 90 de feixe laser 95, e um sistema de comando 50 apto a dirigir este feixe 95 sobre seja qual for a região do suporte de construção 80 de modo a varrer seja qual for a região de uma camada de pó. A conformação do feixe laser e a variação de seu diâmetro sobre o plano focal se fazem respectivamente por meio de um dilatador de feixe ou «Beam Expander» 52 e de um sistema de focalização 54, o conjunto constituindo o sistema óptico.

[0010] Em seguida, leva-se uma região desta primeira camada 10 de pó, por varredura com um feixe laser 95, a uma temperatura superior à temperatura de fusão TF deste pó.

[0011] O processo SLM pode utilizar seja qual for o feixe de alta energia em lugar do feixe laser 95, desde que este feixe seja suficientemente energético para fundir as partículas de pó e uma parte do material sobre o qual as partículas repousam (ainda chamada zona diluída fazendo parte integrante do banho líquido).

[0012] Esta varredura do feixe é efetuada, por exemplo, por uma cabeça galvanométrica fazendo parte de um sistema de comando 50. Por exemplo, este sistema de comando compreende a título não limitativo pelo menos um espelho 55 orientável, sobre o qual o feixe laser 95 se reflete antes de atingir uma camada de pó de que cada ponto da superfície se encontra situado sempre à mesma altura em relação à lente de focalização, contida no sistema de focalização 54, a posição angular deste espelho sendo comandada por uma cabeça galvanométrica para que o feixe laser varra ao menos uma região da primeira camada de pó, e siga assim um perfil de peça preestabelecido. Para assim fazer, a cabeça galvanométrica é comandada de acordo com as informações contidas na base de dados da ferramenta informática utilizada para a concepção e a fabricação assistidas por computador da peça a fabricar.

[0013] Assim, as partículas de pó 60 desta região da primeira camada 10 são fundidas e formam um primeiro elemento 15 em uma só peça, solidário com o suporte de construção 80. Neste estágio, pode-se igualmente varrer com o feixe laser várias regiões independentes desta primeira camada para formar, após fusão e solidificação da matéria, vários primeiros elementos 15 que se desagregam uns dos outros.

[0014] Abaixa-se o suporte 80 de uma altura correspondente à espessura da primeira camada (20 a 100 μm e em geral de 30 a 50 μm).

[0015] Deposita-se em seguida uma segunda camada 20 de pó sobre a primeira camada 10 e sobre este primeiro elemento em uma só peça ou consolidado 15, e depois aquece-se por exposição ao feixe laser 95 uma região da segunda camada 20 que é situada parcialmente ou completamente acima deste primeiro elemento em uma só peça ou consolidado c15 no caso ilustrado na figura 1, de tal sorte que as partículas de pó desta região da segunda camada 20 são fundidas com pelo menos uma parte do elemento 15 e formam um segundo elemento de uma só peça ou consolidado 25, o conjunto destes dois elementos 15 e 25 formando, no caso ilustrado na figura 1, um bloco de uma só peça.

[0016] Compreende-se que de acordo com o perfil da peça a construir, e notadamente no caso de superfície recortada, pode ocorrer que a região precitada da primeira camada 10 não se encontre, mesmo parcialmente, abaixo da região precitada da segunda camada 20, de sorte que neste caso o primeiro elemento consolidado 15 e o segundo elemento consolidado 25 não formem então um bloco de uma só peça.

[0017] Prossegue-se em seguida este procedimento de construção da peça camada por camada adicionando camadas suplementares de pó sobre o conjunto já formado.

[0018] A varredura com o feixe laser 95 permite construir cada camada conferindo-lhe uma forma se acordo com a geometria da peça a obter. As camadas inferiores da peça se resfriam mais ou menos rápido à medida que as camadas superiores da peça que se constroem.

[0019] O processo de depósito por «projeção laser» ou DMD (em inglês «Direct Metal Deposition») é explicado abaixo com referência à figura 2.

[0020] Forma-se por projeção de partículas de pó 60, sob gás inerte, uma primeira camada 110 de material sobre um suporte de construção 180, através de um bocal 190. Este bocal 190 veicula, simultaneamente à projeção de partículas 60 de pó, um feixe laser 195 que provém de um gerador 194. O primeiro orifício 191 do bocal 190 pelo qual o pó é projetado sobre o suporte de construção 180 é coaxial com o segundo orifício 192 pelo qual o feixe laser 195 é emitido, de tal sorte que o pó é projetado no feixe laser 195. Entende-se, pois, por bocal coaxial um feixe de pó concêntrico com o feixe laser com o alinhamento do ponto focal Laser (FL) e do ponto focal Pó (FP) sobre o eixo de simetria do bocal 190 (o ponto focal Laser (FL) sendo regulável em relação ao ponto focal Pó (FP)). O pó forma um envoltório cônico, e o feixe laser é de forma cônica. O feixe laser 195 leva o pó a uma temperatura superior à sua temperatura de fusão TF/ de tal sorte que este pó forma um banho 102 sobre a superfície do suporte 180 sob o feixe laser 195. O banho 102 pode igualmente ter começado a ser formado sobre o suporte 180 por fusão da região do suporte 180 exposta ao feixe laser 195, sobre uma certa profundidade: neste caso o pó alimenta o banho 102 no qual ela chega ao estado totalmente fundido.

[0021] Alternativamente, a posição do bocal 190 pode ser regulada em relação à posição do feixe laser de tal sorte que o pó não passa, por exemplo, tempo suficiente no feixe laser 195 ou que a velocidade das partículas de pó na saída do bocal seja demasiadamente elevada ou que este feixe laser não seja suficientemente energético para que as partículas de pó sejam completamente fundidas a montante do banho e se fundam totalmente após somente ter atingido o banho 102 previamente formado sobre a superfície do suporte 180 por fusão da região deste suporte 180 exposta ao feixe laser 195.

[0022] O pó pode igualmente, a montante do banho, não ser fundido pelo feixe laser 195 ou não ser senão parcialmente, porque o tamanho de certas partículas constitutivas do pó é muito elevado ou porque sua vazão em massa é muito grande para que elas sejam totalmente fundidas antes de chegarem no banho.

[0023] Enfim, o pó pode não ser elevado em temperatura antes de chegar então frio no banho previamente formado sobre a superfície do suporte 180 porque a regulagem do bocal 190 em relação ao feixe laser é tal que não haja nenhuma interseção entre o feixe pó e o feixe laser sobre o plano de trabalho.

[0024] Enquanto que o conjunto formado pelo bocal 190 e pelo feixe laser 195 (ou o suporte 180) se desloca para a jusante, o banho 102 é mantido e se solidifica progressivamente para formar um primeiro cordão de matéria solidificada 105 sobre o suporte 180. Prossegue-se o procedimento para formar um outro cordão solidificado sobre o suporte 180, este outro cordão sendo, por exemplo, justaposto e paralelo ao primeiro cordão.

[0025] Assim, por deslocamento do conjunto formado pelo bocal 190 e pelo feixe laser 195, ou pelo suporte 180, deposita-se sobre o suporte 180 uma primeira camada 110 de matéria que se forma solidificando um primeiro elemento 115 de uma só peça cuja geometria é conforme àquela definida pelas informações contidas na base de dados da ferramenta informática utilizada para a concepção e a fabricação assistidas por computador da peça a fabricar.

[0026] Efetua-se em seguida uma segunda varredura do bocal 190, a fim de formar de modo similar uma segunda camada 120 de matéria sobre o primeiro elemento 115 precedentemente consolidado. Esta segunda camada 120 forma um segundo elemento consolidado 125, o conjunto destes dois elementos 115 e 125 formando um bloco de uma só peça. Os banhos 102 formados progressivamente sobre o primeiro elemento 115 durante a construção desta segunda camada 120 compreendendo em geral pelo menos uma parte do primeiro elemento 115 que foi refundida por exposição ao feixe laser 195 (ainda chamada zona diluída fazendo parte integrante do banho líquido), e as partículas do pó alimentam os banhos 102.

[0027] Prossegue-se este procedimento de elaboração da peça camada por camada adicionando camadas suplementares sobre o conjunto já formado.

[0028] A varredura com o feixe laser 195 permite dar a cada camada uma forma independente das camadas adjacentes. As camadas inferiores da peça se resfriam mais ou menos rápido à medida que se formam as camadas superiores da peça.

[0029] Alternativamente ou cumulativamente, pode-se dissociar a trajetória do pó deste feixe laser e criar por um lado um banho de fusão muito localizado nas camadas precedentes, por ação do feixe laser que pode ser regulado de modo muito preciso em relação ao plano de trabalho, e por outro lado injetar por meio de um bocal lateral o pó neste banho de fusão.

[0030] Além disso, as técnicas precitadas por fabricação rápida de peças não são limitativas e em particular a sinterização seletiva por laser, em inglês «Selective Laser Sintering» (SLS), pode aqui ser considerada: neste caso, qualquer ou parte das partículas de pó fica a uma temperatura inferior à temperatura de fusão TF deste pó.

[0031] A fim de diminuir a contaminação da peça, por exemplo, em oxigênio, em óxido(s) ou em um outro poluente durante sua fabricação camada por camada tal como descrito acima, esta fabricação deve estar entre outra efetuada em um recinto com grau de higrometria e com teor em oxigênio controlados e adaptados ao binário processo/matéria.

[0032] A título de exemplo, como se pode ver sobre as micrografias da figura 3, um filme de óxido(s) se forma com um desprendimento de hidrogênio no interior de porosidades (gases ocluídos) dentro de uma liga de alumínio fundida, de acordo com a reação:
2Al(líquido) + 3H2O(vapor) → Al2O3(sólido) + 3H2(gás)
quando se utiliza, por exemplo, o processo de fusão seletiva por laser sem um controle drástico do ponto de orvalho da atmosfera ambiente (no caso a relação entre as pressões parciais de H2 e de H2O correspondendo a uma quantidade de vapor d’água). Por exemplo, a um ponto de orvalho de -50°C é associado um teor de vapor d’água de 38,8 ppm.

[0033] A fim de evitar qualquer contaminação pelo oxigênio residual, o recinto é preenchido de um gás neutro (não reativo) em face do material considerado tal como o nitrogênio (N2), o argônio (Ar), o monóxido de carbono (CO), o dióxido de carbono (CO2), ou o hélio (He) com ou sem adição de uma pequena quantidade de hidrogênio (H2) conhecido pelo seu poder redutor. Uma mistura de pelo menos dois destes gases pode ser também considerada. Para impedir a contaminação, notadamente pelo oxigênio do meio ambiente, é habitual colocar reste recinto em sobrepressão.

[0034] Assim, de acordo com o estado da técnica atual, a fusão seletiva por laser ou a projeção laser permite construir com uma boa precisão dimensional peças pouco poluídas cuja geometria em três dimensões pode ser complexa, mas cuja resistência mecânica é ainda insuficiente para certas aplicações e, pois, requer uma melhor otimização do processo e em particular uma melhor otimização da constituição dos pós.

[0035] A fusão seletiva por laser ou a projeção laser utiliza ainda e de preferência um pó composto de partículas de morfologia esférica, de composição homogênea, limpas (i.e., não contaminadas por elementos residuais provenientes da síntese do pó) e finas (a dimensão de cada partícula fica compreendida entre 1 e 100 μm e, de preferência, entre 1 e 50 μm, ou mesmo entre 1 e 25 μm), o que permite obter um excelente estado de superfície da peça acabada.

[0036] A fusão seletiva por laser ou a projeção laser permite adicionalmente uma diminuição dos prazos de fabricação, dos custos e das taxas fixas, em relação a uma peça moldada, injetada, compactada e sinterizada, usinada superficialmente ou usinada na massa.

[0037] As peças elaboradas por fusão seletiva por laser ou por projeção laser apresentam, entretanto, inconvenientes.

[0038] A prática corrente consiste em utilizar quando é possível um pó pré-ligado (figura 6A) com partículas monocomponentes, de forma sensivelmente esférica (ou quase esférica), densas (ausência de porosidade intrapartículas, ou seja, ausência de gases ocluídos na partícula), não contaminadas e não oxidadas em superfície, cuja a composição é homogênea, ou seja, ela a mesma em todo volume elementar da partícula, e idêntica àquela visada para a peça proveniente do processo de fusão de partículas de pó. Neste caso, as partículas são formadas de matéria contínua, de composição homogênea e são, de acordo com a invenção, quase esféricas e densas. Elas podem ser compostas de um único elemento químico (pó monoelemento), ou de vários elementos químicos (pó multielementos).

[0039] Entretanto, às vezes é necessário utilizar uma mistura de vários tipos de pó(s) cuja morfologia, densidade (ou massa por volume), o tamanho médio, a distribuição de tamanho, a composição, a homogeneidade química, a contaminação por oxigênio em superfície e em volume, o estado de aglomeração, a superfície específica, a escoabilidade, em outros termos a constituição ou a arquitetura destes pós, assim como seu custo, devem ser adaptados às especificidades destes processos de fabricação rápida a fim de satisfazer o caderno de encargos das peças fabricadas.

[0040] A utilização de uma mistura a granel (não aglomerada) de vários tipos de pós de composição diferente, e notadamente de pós facilmente disponíveis no mercado, permite obter rapidamente e a um custo menor a composição média desejada, seja em utilizando pós cujas partículas são compostas de um único elemento químico (pó monoelemento), seja utilizando pós cujas partículas são compostas de vários elementos químicos (pó multielementos), seja recorrendo a estas duas categorias de pó.

[0041] Todavia, a utilização de um tal mistura a granel de vários tipos de pó acarreta um certo número de problemas.

[0042] Notadamente, o escoamento ou fluidez de uma tal mistura a granel de pós de composição diferente se revela difícil através do ou dos distribuidores de pós e através do bocal no caso do processo DMD. Além do mais, no caso do processo SLM, é a deposição e o espalhamento homogêneo do leito de pós que se encontram afetados pelo emprego de uma tal mistura a granel de pós.

[0043] Além disso, utilizando uma mistura de vários tipos de pós (pó(s) monoelemento(s) e/ou pó(s) multielementos), não é fácil ter uma fusão homogênea de todas as partículas destes pós. Com efeito, as partículas de cada um destes pós apresentam uma temperatura de fusão intrínseca de sorte que existe por vezes um desvio significativo entre suas temperaturas de fusão.

[0044] Devido a este fato, existe um risco claro de não se poder realizar, no tempo disponível correspondente à duração da interação laser/matéria, um banho de fusão, de composição homogênea e conforme aquela visada no qual as partículas dos pós do conjunto das partículas dos pós em presença são perfeitamente dissolvidas, a menos de poder aumentar entre outros a potência do laser ou diminuir a velocidade de varredura e assim aumentar a temperatura e/ou o volume do banho sem degradar sua estabilidade e assim a estabilidade de construção.

[0045] Conforme a reatividade destes diferentes pós da mistura, a formação de intermetálicos frágeis pode igualmente ocorrer, na origem ainda frequentemente de rupturas das peças brutas de fabricação.

[0046] Esta situação é ilustrada sobre as micrografias das figuras 4A a 4C mostrando padrões de ruptura de corpos de prova obtidos a partir de um primeiro pó em liga AlSi10Mg completado por uma pequena proporção volumétrica de um segundo pó constituído de partículas reativas e refratárias de diferentes composições (à base de ferro e de cromo para a figura 4A, de níquel, de cromo e de cobalto para a figura 4B e à base de ferro, de níquel e de cromo para a figura 4C), realizadas no microscópio eletrônico de varredura de acordo com regulagens diferentes de sorte que uma das duas vistas de cada micrografia faz ressaltar a topografia (imagem em elétrons secundários, designada por SE) e a outra vista faz ressaltar as diferenças de composição química (imagem em elétrons retrodifundidos, designada por BSE). As partículas as mais grossas do segundo pó não tendo podido ser postas em solução elas formavam inclusões intermetálicas, dando origem à ruptura dos corpos de prova.

[0047] O fenômeno descrito precedentemente pode ser acentuado por uma ampla repartição granulométrica do segundo pó e por um tamanho médio elevado para o segundo pó, apresentando a temperatura de fusão a mais elevada dentre os diferentes pós que compõem a mistura reativa.

[0048] Igualmente, devido aos tamanhos de partículas semelhantes, de tamanho médio elevado e de temperaturas de fusão muito diferentes entre os diferentes pós de mistura considerados aqui como não reativos, mas solúveis, pode-se encontrar no caso destes processos de fusão, partículas não totalmente fundidas e/ou dissolvidas no líquido que sobrenadam para as mais grossas na superfície do banho. Pode se tratar notadamente de partículas de material refratário tal como intermetálicos ou cerâmicas.

[0049] A título de exemplo ilustrando esta situação, as micrografias da figura 5 tratam do caso de uma peça de aço reforçado por partículas de carboneto de titânio na qual algumas destas partículas do pó o mais refratário da mistura, não foram completamente postas em solução no banho líquido, e devido a este fato são concentradas na superfície do banho, circundando e aprisionando por vezes bolsas de gás.

[0050] Esta situação é tanto mais marcada quanto as partículas, notadamente refratárias, apresentam uma massa por volume pequena comparada aos outros pós da mistura e estão em proporção em volume não desprezível. Estes não fundidos, após solidificação do banho líquido, podem interferir com a adesão da camada seguinte ou com a colocação da camada seguinte e estar mesmo na origem de defeitos de fabricação (porosidade macroscópica) se o tamanho e a fração em volume destes não fundido são elevados. Com efeito, estes não fundidos constituem inclusões duras em uma matriz dúctil e concorrem assim para a ruptura prematura das peças fabricadas.

[0051] Além do mais, a colocação em solução, por vezes incompleta ou mesmo retardada no tempo, destes diferentes tipos de pós pode levar muito localmente durante o resfriamento a fenômenos de segregação química (caso de uma mistura de pós não reativos) conduzindo a fases eutéticas de baixo ponto de fusão e/ou a reações químicas não desejadas entre estas últimas (caso de uma mistura de pós reativos) conduzindo à presença de fases duras (por exemplo, fases intermetálicas, tais como aquelas das figuras 4A, 4B, e 4C) não desejadas, o que leva à obtenção de uma microestrutura do material bruto de fabricação não correspondendo àquela desejada por fim e apresentando propriedades de resistência mecânica inferiores àquelas desejadas para a aplicação considerada assim como um risco de queimadura no final de um pós-tratamento térmico.

[0052] Igualmente, se os diferentes pós da mistura não reativa não são suficientemente umectáveis entre si, devido entre outras coisas à ausência total de uma solubilidade entre estes pós, a «boa sanidade material» das peças não será então atingida.

[0053] A presente invenção tem por objetivo fornecer um processo de fabricação de uma peça de composição e microestrutura desejadas em um material metálico, intermetálico, cerâmico, compósito com matriz cerâmica (CMC) ou de compósito com matriz metálica (CMM) de reforço descontínuo, por fusão de partículas de pó(s) por meio de um feixe de alta energia, que permite superar os inconvenientes da arte anterior.

[0054] Em particular, por esta invenção, visa-se obter uma composição homogênea da peça conforme a composição desejada, a ausência de defeitos de fabricação, uma macroestrutura e uma microestrutura (tamanho e morfologia dos grãos e então morfologia, finura e composição das fases) adaptadas desde a fabricação bruta (no final da etapa de fabricação por fusão), uma boa qualidade dimensional (assegurada por uma perfeita estabilidade do banho), uma minimização das tensões residuais, um rendimento em massa total do processo (fusão + reciclagem) o maior possível e uma velocidade de fabricação ótima ou tempo de fabricação ótimo, e isto quaisquer que sejam os materiais considerados.

[0055] Esta finalidade é atingida graças ao fato de que o pó utilizado é um pó único cujas partículas apresentam uma esfericidade entre 0,8 (correspondendo a um cubo) e 1,0 (correspondendo a uma esfera) e um fator de forma entre 1 (correspondendo uma esfera) e V2 (correspondendo a um cubo), cada partícula de pó apresentando uma composição média sensivelmente idêntica e em que a repartição granulométrica das partículas do dito pó é estreitada em torno do valor de diâmetro médio d50% de sorte que :
(d90%-d50%)/d50%≤ 0,66 e (d50%-d10%)/d50%≤ 0,33 com (d90%- d10%)/d50%≤ 1,00.

[0056] De preferência, esta repartição granulométrica das partículas, definida pelo valor de «span», (d90%-d10%)/d50%, deve ser inferior ou igual a 0,50 com (d90%-d50%)/d50%≤ 0,33 e (d50%-d10%)/d50%≤ 0,17.

[0057] Entende-se por esfericidade, o fator de esfericidade (um número sem dimensão) tal como definido por Wadell como se segue: a relação entre a superfície da esfera de mesmo volume que a partícula e a superfície da partícula em questão (ψν), equivalente ainda ao quadrado da relação entre o diâmetro equivalente em volume e o diâmetro equivalente em superfície.

[0058] De preferência, este fator de esfericidade é superior a 0,82, vantajosamente superior a 0,85, e ainda mais vantajosamente superior a 0,90 com uma situação ainda mais vantajosa quando este fator de esfericidade é superior a 0,95.

[0059] Vantajosamente, todas as partículas do pó único utilizado de acordo com a invenção, apresentam um fator de forma entre 1 (correspondendo a uma esfera) e V2 (correspondendo a um cubo). Este fator de forma, que dá uma boa indicação da esbeltez das partículas, é definido como a relação entre diâmetro de Féret máximo (distância máxima entre duas tangentes paralelas a lados opostos da partícula) e o diâmetro de Féret mínimo (distância mínima entre duas tangentes paralelas a lados opostos da partícula).

[0060] De preferência, este fator de forma é inferior a 1,3, vantajosamente inferior a 1,25, e ainda mais vantajosamente inferior a 1,15 com uma situação ainda mais vantajosa quando este fator de forma é inferior a 1,05.

[0061] No presente texto, o termo «partícula» corresponde a uma entidade física isolada das outras entidades físicas do pó considerado e pode corresponder a diferentes situações dentre as quais aquelas das figuras 6A a 61

[0062] Assim, de acordo com a invenção, não se utiliza uma mistura a granel (partículas de pós não ligadas) de dois ou mais de dois pós diferentes.

[0063] Com efeito, de acordo com a invenção, utiliza-se um único cujas «partículas» (que são eventualmente macropartículas isoladas umas das outras) apresentam todas em média a mesma composição.

[0064] Convém, pois, observar que a composição média idêntica de todas as «partículas» do pó único utilizado de acordo com o processo da presente invenção, corresponde a uma composição química próxima ou idêntica àquela do material que se visa obter na peça proveniente do processo de fabricação aditiva.

[0065] Deste modo, ao não utilizar uma mistura a granel de vários pós, ou seja, pelo emprego de um pó único, evita-se a presença de partículas isoladas destes diferentes pós da mistura, cujas temperaturas de fusão são diferentes, ou mesmo muito diferentes, e/ou cujos tamanhos médios e distribuições de tamanhos podem não ser equivalentes e/ou cuja a finura de cada um dos pós da mistura torna delicada a obtenção de uma mistura homogênea, e/ou cujas massas por volume são diferentes, ou mesmo muito diferentes, e/ou cuja proporção em volume de um destes diferentes pós é baixa em relação aos outros.

[0066] Para a fabricação de peças em CMM a partir de uma mistura de pós, apareceu claramente aos inventores a necessidade de dispor de um pó único tendo ao mesmo tempo uma boa escoabilidade (assegurada por um pó grosseiro e esférico) e uma colocação em solução rápida entre partículas elementares, por exemplo, cerâmicas e metálicas (assegurada por finas partículas elementares e de preferência aquelas do material refratário). Todavia, o emprego de finas partículas elementares para cada um dos pós da mistura se revela delicado em razão de um risco pronunciado de aglomeração durante a misturação. Com efeito, devido às forças de adesão entre partículas elementares que aumentam com uma diminuição de seus tamanhos, estas forças podem se tornar superiores à força da gravidade. Além do mais, finas partículas elementares favorecem a concentração de cargas eletrostáticas geradoras de explosão de poeiras. Ora, quanto mais o tamanho das partículas elementares desta mistura é pequeno, mais a dissolução é fácil e mais o conjunto apresenta propriedades homogêneas. Também, o emprego de macropartículas constituídas de uma mistura homogênea de finas partículas elementares ligadas entre elas por um ligante e provindo de diferentes pós é incontornável.

[0067] De acordo com a invenção, passa-se então por um pó único de composição adaptada que forma um pó pré-ligado tomado no sentido amplo (pó monocomponente, (pós atomizados, pós revestidos, pós misturados, pós misturados e triturados, pós incrustados,...) ou pó multicomponentes (pós aglomerados,..)), de que as «partículas» apresentam um alto grau de esfericidade (esfericidade superior a 0,7, de preferência superior a 0,8 e vantajosamente superior a 0,9).

[0068] Durante a execução dos processos de síntese deste pó único, fiar-se-á vigilante a fim que as «partículas » sejam isentas de gases ocluídos e sejam não contaminadas por certos elementos químicos ou pelo menos que estes elementos estejam abaixo de teores inaceitáveis para a aplicação visada.

[0069] Em certos casos, será conveniente recorrer à utilização de um recinto de fabricação aditiva sob atmosfera controlada (em pressão parcial de oxigênio e em vapor d’água), em ligeira sobrepressão ou de preferência em ligeira depressão regulada.

[0070] Quando isto é possível, as «partículas» deste pó único são monocomponentes, ou seja, constituídas de um só componente, a saber formadas de uma matéria contínua de composição homogênea (figura 6A) ou de composição heterogênea, ou seja, não homogênea, na escala da «partícula» (figuras 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G e 6H).

[0071] De preferência, o pó utilizado é obtido por atomização ou por centrifugação (em particular por eletrodo giratório) de uma liga mãe e sua composição é então homogênea na escala da partícula, mas não necessariamente na escala da microestrutura.

[0072] Por exemplo, e de modo preferencial se sua temperatura de fusão, sua composição química e sua reatividade o permitem, o pó pré-ligado constituído de «partículas» monocomponentes formadas de uma matéria contínua de composição homogênea na escala da «partícula», composta de um só elemento químico (pó monoelemento) ou o mais frequentemente de vários elementos químicos (pós multielementos), de morfologia esférica ou quase-esférica (figura 6A) e utilizado de acordo com o processo da presente invenção é obtido por atomização gasosa («Gas Atomization» em inglês) ou por centrifugação do tipo eletrodo giratório («Rotating Electrode Process» em inglês) de uma liga mãe em rotação e em fusão a partir de que gotículas se formam e se resfriam em voo em um recinto sob atmosfera protetora ou neutra, para formar as partículas do pó. Um tal liga mãe é, por exemplo, metálica.

[0073] Após recuperação de gotículas solidificadas no fundo destes aparelhos, as mais finas provindo de ciclones separadores do dispositivo de atomização, uma triagem seletiva destas gotículas é assegurada em um primeiro tempo por peneiramento assistido por vibração pneumática para uma certa gama de tamanho no limite de 30 a 40 μm e em um segundo tempo por elutriação (turbina a ar ou a gás) para as partículas as mais finas no limite de 1 μm.

[0074] Um outro caso que se aproxima do caso precedente difere somente pelo fato de que as «partículas» monocomponentes do pó único pré-ligado (a saber, partículas multielementos formadas de matéria contínua), apresentam uma composição heterogênea na escala da «partícula».

[0075] Estes pós pré-ligados podem ser produzidos por diferentes processos ou combinação de diferentes processos de síntese, notadamente processos baseados em um tratamento mecânico ou termomecânico em via seca, via úmida ou sob gás inerte (em particular por moagem convencional ou trituração por meio de esferas, de contas, de facas, de martelos, de discos ou de rodízios,... ou por cotrituração com energia a mais ou menos alta e de preferência entre um pó cerâmico e um pó metálico com a ajuda de um triturador planetário com esferas de alta energia (trituração por mecanossíntese) ou ainda para aplicações muito específicas por trituração criogênica, trituração reativa entre partículas sólidas reatives ou partículas sólidas e gás reativo ou por mecanofusão), um tratamento químico ou termoquímico (notadamente por revestimento CVD «Chemical Vapor Deposition», PECVD ou PACVD «Plasma Enhanced (Assisted) Chemical Vapor Deposition» e OMCVD «Organo-Metallic Chemical Vapor Deposition» em inglês), ou uma síntese reativa (notadamente por combustão autopropagada mais conhecida sob a sigla SHS «Self-propagating High temperature Synthesis» em inglês).

[0076] Lembre-se que contrariamente à atomização com gás e à centrifugação de uma liga metálica que dão partículas muito esféricas e de grande pureza química, a trituração mecânica ou termomecânica ou ainda a mecanossíntese de pós metálicos de preferência introduzem impurezas provenientes dos elementos de trituração e não permitem controlar rigorosamente a morfologia e o tamanho das partículas. Todavia, a morfologia das partículas é geralmente isótropa e razoavelmente bem esférica.

[0077] Obtém-se então diferentes tipos de pós pré-ligados cujas «partículas» são monocomponentes de composição heterogênea na escala da «partícula» tal como aquelas visíveis nas figuras 6B a 6H.

[0078] De acordo com possibilidade vantajosa, o pó utilizado é obtido por recobrimento ou incrustação.

[0079] Na figura 6B é mostrada uma tal partícula de pó pré-ligado formada por uma partícula mono- ou multielementos de composição homogênea recoberta ou revestida, cujo núcleo é contínuo e realizado em um primeiro material e cujo envoltório é continuo, realizado em um segundo material de composição diferente do primeiro, e depositado, por exemplo, sob vácuo em fase vapor por via química (depósito CVD) ou por via física (depósito PVD, «Physical Vapor Deposition») ou por um tratamento termoquímico em leitos fluidizados em via seca ou via úmida ou ainda por um tratamento termomecânico do tipo mecanofusão.

[0080] O revestimento metálico por mecanofusão de partículas duras permitirá melhorar a ductilidade e a tenacidade de CMM com alta fração volumétrica de reforços cerâmicos não óxidos (carbonetos, nitretos, silicietos e boretos) ou intermetálicos porque para tais frações volumétricas a fusão de um tal revestimento metálico por meio de um feixe de alta energia facilita grandemente sua repartição entre os reforços cerâmicos que permanecem sólidos. Assinala-se que o revestimento das partículas pré-ligadas por estes mesmos processos de síntese precitados pode ser do tipo multicamada.

[0081] De acordo com uma outra possibilidade vantajosa, o pó utilizado é obtido por trituração/misturação, a saber por trituração/misturação mecânica por impactos ou fricção (desgaste por atrito) ou por cisalhamento ou compressão ou ainda combinação de dois ou vários destes esforços. O tamanho médio final das partículas depende da técnica de trituração utilizada, das características dos elementos trituradores (tipo de material, forma, tamanho), do tempo de trituração, do meio de trituração (trituração a seco com ou sem atmosfera controlada, em meio aquoso ou não aquoso, com ou sem dispersante), da relação de carga (massa dos elementos trituradores sobre massa de pó) e da velocidade de rotação dos elementos trituradores e/ou da jarra.

[0082] A figura 6C ilustra o caso de uma partícula de pó pré-ligado obtido por incrustação. Em particular, realiza-se a incrustação de finas partículas duras de um primeiro pó na superfície de partículas dúcteis mono-ou multielementos de composição homogênea de tamanho bem maior provenientes de um segundo pó pré-ligado. Um dos meios de chegar a este resultado é a mecanossíntese («mechanical alloying» em inglês) consistindo em misturar a alta energia nas proporções volumétricas desejadas, um segundo pó fino de dureza elevada com um primeiro pó dúctil e grosseiro. Isto pode ser assegurado por atrito e/ou sob o impacto de esferas por meio de um triturador planetário. A energia liberada se faz por uma rotação oposta do recipiente de trituração (jarra) e do disco suporte sob eventualmente um gás protetor. Por exemplo, a partícula de pó pré-ligado que é visível sobre a figura 6C, é constituída de um núcleo em liga metálica T16AI4V de composição homogênea e de um envoltório formado de finas partículas elementares cerâmicas (par exemplo ΤϊΒ2 ou TiC) ou não metálicos (por exemplo, B para boro) que são incrustadas na superfície do Ti6Al4V.

[0083] A figura 6D ilustra o caso de uma partícula de pó pré-ligado de tipo dispersada mas cuja matéria é contínua e obtida a partir da misturação íntima de duas ou várias partículas de pós originais de composição química diferente, comportando de preferência ligas metálicas dúcteis, constituídas de multielementos: por exemplo, sobre a figura 6D, distingue-se as partes, respectivamente claras e escuras, dos dois pós originais cujas partículas de composição homogênea mas diferente são deformadas plasticamente e ligadas em muitos pontos entre si para formar a partícula de pó pré-ligado da figura 6D (os tamanhos das partículas dos dois pós originais podem ser da mesma ordem de grandeza ou ainda nitidamente diferentes).

[0084] A figura 6E ilustra o caso de uma partícula de pó pré-ligado de tipo dispersada mas cuja matéria é contínua e obtida a partir da misturação íntima de duas ou várias partículas de pós originais de tamanho bem diferente e de composição química diferente, comportando de preferência uma liga metálica dúctil e partículas elementares duras, notadamente óxidos (materiais ODS «Oxide Dispersion Strengthened» materials): por exemplo, distingue-se as partes, respectivamente claras e escuras, dos dois pós originais cujas partículas são de composição homogênea, mas diferente, as partículas claras do primeiro pó sendo deformadas plasticamente e sendo ligadas em numerosos locais com as partículas duras e escuras do segundo pó, para formar a partícula de pó pré-ligado da figura 6E.

[0085] Nestes dois últimos casos, trata-se de uma técnica de pré-liga por trituração e misturação mecânica intensa a média ou alta energia demandando o mais frequentemente a utilização de um triturador planetário.

[0086] A figura 6F ilustra o caso de uma partícula de pó pré-ligado combinando as características das partículas de pó das figuras 6D e 6E: esta partícula de pó pré-ligado é de tipo dispersada mas cuja matéria é contínua e obtida a partir da misturação íntima de três pós originais de composição química diferente, comportando dois pós de ligas metálicas dúcteis: por exemplo, sobre a figura 6F, distingue-se a matriz branca proveniente de uma ou várias partículas de grande dimensão, as grossas partes escuras provenientes cada uma de uma única partícula de dimensão média ou mesmo próxima daquela do primeiro pó e das partículas elementares escuras de tamanho bem menor duras, notadamente óxidos.

[0087] A figura 6G ilustra o caso de uma partícula de pó pré-ligado combinando as características das partículas de pó das figuras 6B e 6D: uma primeira etapa de elaboração permite obter partículas de pó pré-ligado como aquelas da figura 6D, a saber de tipo dispersada cuja a matéria é contínua e obtida a partir da misturação íntima de duas ou várias partículas de pós originais de composição química diferente, comportando de preferência ligas metálicas dúcteis, constituídas de multielementos: trata-se do núcleo da partícula da figura 6G. Uma segunda etapa de elaboração permite formar o envoltório contínuo, realizado em um segundo material de composição diferente do primeiro material que forma o núcleo.

[0088] A figura 6H ilustra o caso de uma partícula de pó pré-ligado combinando as características das partículas de pó das figuras 6D e 6C: uma primeira etapa de elaboração permite obter partículas de pó pré-ligados como aquelas da figura 6D, a saber de tipo dispersado mas cuja a matéria é contínua e obtida a partir da misturação íntima de duas ou várias partículas de pós originais de composição química diferente, comportando de preferência ligas metálicas dúcteis, constituídas de multielementos: trata-se do núcleo da partícula da figura 6H. Uma segunda etapa de elaboração permite formar o envoltório descontínuo por incrustação de finas partículas duras de um segundo pó na superfície de partículas dúcteis de composição heterogênea de tamanho bem maior provenientes de um primeiro pó pré-ligado como aquelas da figura 6D.

[0089] Nos outros casos, ilustrados nas figuras 61 e 6J, as «partículas» deste pó único são multicomponentes, a saber formadas, cada uma, de modo idêntico por vários componentes (ou partículas elementares), de composição química diferente, ligados entre si por um ligante orgânico ou não orgânico dentro de uma «macropartícula». Fala-se ainda de pós compósitos. Neste caso, as partículas são formadas de matéria descontínua, de composição heterogênea e são, de acordo com a invenção, quase esféricas.

[0090] O emprego de um ligante na síntese deste pó aglomerado confere o caráter de matéria descontínua aos aglomerados e justifica a denominação de pó a partículas multicomponentes.

[0091] Em certos casos, este ligante é suprimido após a etapa de aglomeração pelo emprego de uma etapa de consolidação consistindo em pirolisar ou evaporar o ligante elevando a temperatura dos pós aglomerados.

[0092] Uma tal «partícula» de tipo «macropartícula» pode ser obtida por granulação compreendendo uma aglomeração de componentes ou partículas elementares de diferentes tamanhos, de formas e/ou de composições químicas em presença de umidade seguida de uma secagem. A elaboração de partículas de pós de tipo «macropartícula» por aglomeração-secagem ou por pulverização-secagem de uma pasta («spray-drying» em inglês) necessita, entretanto, de monitorar as fases seguintes:

• - a formulação da pasta, notadamente a escolha do solvente, do dispersante, do plastificante e do ligante (estabilidade, homogeneidade, comportamento reológico e sedimentação),
• - a pulverização da pasta e a secagem das gotículas (tamanho e distribuição das gotículas, velocidade e modo de secagem): esta granulação da mistura de partículas elementares sob forma de suspensão permite a transformar por atomização a baixa temperatura (em uma corrente de ar ou de gás inerte quente) em aglomerados esféricos de tamanho comparável, muito frequentemente superior a 50 μm e cuja escoabilidade é excelente.

[0093] Uma etapa de consolidação dos grânulos assim formados (tratamento em forno, com chama ou com maçarico a plasma) pode ser por vezes considerada se se deseja aglomerados mais densos e coesivos. Além do mais, o ligante pode ocasionar problemas durante a fabricação aditiva a partir de pós aglomerados sem ligante removido donde o interesse em suprimir este ligante. O tratamento em forno permite consolidar a estrutura dos grânulos sem modificar as suas características enquanto que o tratamento com chama oxiacetilênica conduz a uma fusão parcial, uma sinterização e uma esferoidização dos grânulos modificando sua morfologia.

[0094] Também, este pó único é, pois, formado de «macropartículas», ainda designadas sob o termo de «aglomerados», de «agregados» ou ainda de «grânulos» e constitui um pó designado sob o nome genérico de «pó compósito» («engineered powder» em inglês).

[0095] Obtém-se diferentes tipos de pós compósitos ou pós pré-ligados com partículas multicomponentes tais como aquelas visíveis nas figuras 6I e 6J.

[0096] De acordo com uma possibilidade vantajosa, o pó utilizado é obtido por granulação a partir de uma suspensão ainda chamada pasta. A pasta é uma suspensão aquosa ou não aquosa de pós finos constituídos de uma mistura ou não de partículas elementares diferentes em forma, em composição e/ou em tamanho. O solvente deve ter um baixo ponto de ebulição e uma baixa viscosidade. Ele deve assegurar a colocação em solução do ligante que pode ser orgânico ou não orgânico, aquela do plastificante e de diferentes adições tais como de defloculantes ou dispersantes e de agentes de umectação. Em contrapartida, o solvente não deve ser nem solúvel, nem reativo com as partículas elementares do pó compósito. Ainda que inflamáveis e tóxicos, os solventes orgânicos ainda continuam a ser largamente utilizados em razão de sua baixa viscosidade, de sua baixa tensão superficial (γ1ν) favorecendo a umectação das partículas elementares, de sua tensão de vapor elevada conduzindo a uma rápida secagem dos grânulos. No entanto, os solventes aquosos começam a tomar o lugar dos solventes orgânicos por evidentes razões ambientais e de custo. A água apresenta o grande inconveniente de uma baixa velocidade de evaporação. Após evaporação do solvente, o ligante assegura a coesão mecânica entre partículas elementares dos grânulos, sua manipulação e seu transporte. Geralmente, um plastificante que é muito frequentemente um polímero de baixa massa molar é adicionado ao ligante para abaixar sua viscosidade e reduzir sua temperatura de transição vítrea (Tg). A adição de plastificante como seu nome indica aumenta a plasticidade dos grânulos.
«Partículas» formadas de macropartículas de pó compósito obtidas por granulação são visíveis nas 61 e 6J, trata-se de grânulos constituídos de componentes ou partículas elementares ligadas essencialmente entre si por um ligante, por exemplo, polímeros hidrossolúveis como os polímeros vinílicos, os polímeros acrílicos, as poliminas e polióxidos, mas igualmente polímeros em emulsão e polímeros de origem natural.

[0097] Na figura 6I, há dois tipos de partículas elementares ou componentes elementares: partículas elementares metálicas dúcteis claras, de diferentes tamanhos e componentes elementares frágeis formados de fibras curtas escuras (ou «whiskers» em inglês). Muito frequentemente, trata-se de fibras refratárias de tipo cerâmico ou intermetálico, desempenhando o papel de reforço para aumentar a resistência mecânica da matriz metálica, na medida em que fração volumétrica de reforço é suficientemente elevada. Estes componentes elementares frágeis e refratários de tipo cerâmico e/ou intermetálico podem ser igualmente de forma equiaxial ou esférica. Além do mais, uma mistura de partículas elementares metálicas e de componentes elementares refratários de forma variável pode ser considerada.

[0098] Na figura 6J, há várias partículas elementares ou componentes elementares de mesmos tipos, notadamente metálicas, mas por vezes também cerâmicas ou intermetálicas, de tamanho, de forma e de composição química diferentes, a saber no caso representado três partículas elementares metálicas: pequenas partículas elementares claras (por exemplo, de alumínio), partículas elementares claras de maior dimensão (por exemplo, o titânio) e partículas elementares escuras ovoides (por exemplo, de nióbio).

[0099] Para a formação destes pós compósitos, parte-se em geral de uma mistura homogênea de vários tipos de partículas (vários pós monoelemento e/ou multielementos, «elemento indicando o elemento químico) apresentando um tamanho médio, uma distribuição de tamanho e uma morfologia adaptadas à síntese de macropartículas por técnicas de misturação e de aglomeração conhecidas, por meio de um aditivo de ligação (por exemplo, um ligante orgânico) e de outras adições com ou sem densificação (ou consolidação) e esferoidização. Trata-se por estas técnicas bem conhecidas da metalurgia dos pós de obter uma distribuição homogênea e relativamente estreita dos diferentes pós constitutivos da mistura com a composição média inicialmente visada, uma baixa porosidade e uma morfologia esférica das «partículas» formadas destas ditas macropartículas.

[00100] Os exemplos acima citados nas figuras 6A a 6J tratam da ilustração de estrutura ou de constituição de partículas de pó entrando no quadro da presente invenção e não são naturalmente limitativos.

[00101] Estes diferentes processos de pré-liga de um custo e propriedade variáveis são adaptados por um lado à fração volumétrica, superfície específica, ductilidade (ou dureza), temperatura de fusão, reatividade, absortividade da radiação emitida pelo laser, densidade (massa por volume) e à natureza das ligações químicas dos diferentes componentes elementares do pó e por outro lado à composição química do líquido homogêneo obtida por fusão parcial ou completa deste dito pó (lembra-se que os pós são por vezes constituídos de partículas cujas temperaturas de fusão são muito diferentes). Ademais, de acordo com a invenção, a faixa de tamanho possível das macropartículas do pó compósito (definida por d90%-d10% ou mesmo de preferência por d100%-d0%), relacionada ao valor de diâmetro médio ou mediano (d50%) é pequena a fim de não ter muito desvio de tamanho entre estas macropartículas assim como grânulos muito grosseiros (d50% próximo de 50 μm).

[00102] Em regra geral, de acordo com a invenção e para qualquer tipo de pó descrito no presente pedido, é preciso se assegurar de dispor de uma repartição granulométrica relativamente estreita das partículas. Entretanto para o pó compósito, o processo de granulação conduz à repartição em tamanho de «partículas» a mais estreita e ao pó o mais grosseiro. Também, este pó compósito aglomerado é mais adaptado ao processo DMD que ao processo SLM. Lembra-se que na prática uma melhor compacidade do leito de pó depositado sobre a platina de fabricação é obtida considerando uma ampla distribuição de tamanho de partículas, acessível por uma atomização.

[00103] De acordo com a invenção, (d90%-d50%)/d50% e (d50%-d10%)/d50% são dois limites dentre os quais o primeiro é inferior ou igual a 0,66 (66%), ou mesmo inferior ou igual a 0,33 (33%), e de preferência inferior ou igual a 0,17 (17%), e o segundo é inferior ou igual a 0,33 (33%), ou mesmo inferior ou igual a 0,17 (17%), e de preferência inferior ou igual a 0.08 (8%).

[00104] Todavia, o emprego de pós compósitos (ainda chamados grânulos, agregados ou aglomerados) de composição desejada apresentando uma morfologia esférica facilita grandemente seu escoamento através do ou dos distribuidores de pós e através do bocal no caso do processo DMD assim como sem espalhamento homogêneo em um leito de pó sobre a platina de fabricação no caso do processo SLM. A granulação da mistura homogênea de partículas elementares de diferentes pós, para formar o pó único constituído de macropartículas, facilita ademais sua manipulação, seu transporte e seu armazenamento evitando a segregação ou sedimentação das partículas de diferentes tamanhos e/ou massas por volume destes diferentes pós (as partículas menores e/ou as mais pesadas têm tendência a escoar facilmente através dos interstícios da estrutura granular). As técnicas de granulação são numerosas na ciência da metalurgia dos pós e são bem conhecidas do especialista na técnica.

[00105] O emprego de um pó compósito constituído de macropartículas permite considerar dentre os diferentes pós a misturar um pó composto de partículas refratárias, de preferência finas e em quantidade moderada. Neste caso, a técnica de fabricação deste pó compósito demanda que a misturação destes diferentes pós seja homogênea antes que ela seja seguida de uma técnica de granulação apropriada. Esta técnica permite neste caso não somente evitar por um lado problemas de estratificação e de homogeneidade do leito de pó em SLM e por outro lado problemas de escoamento através do bocal, mas igualmente prevenindo a dispersão (o espalhamento) destas finas partículas na saída do bocal em DMD, e isto tanto mais que elas são poucos densas (baixa massa por volume), garantindo assim uma composição repetível (ou reprodutível) do banho líquido.

[00106] É com efeito importante que as partículas dos diferentes pós sejam misturadas de modo homogêneo antes do processo de granulação. Caso contrário, podem resultar grânulos ou macropartículas de composição diferente, o que repercute sobre a composição da peça final que é então heterogênea. A mistura é tanto mais difícil de homogeneizar que a proporção em volume do um destes pós é baixa em relação às outras (caso, por exemplo, de adições à mistura de terras raras como elementos desoxidantes ou de elementos surfactantes para facilitar a umectação entre sólido e líquido).

[00107] Outras técnicas de pré-liga relativas aos pós monocomponentes existem tais como que o «Splat Cooling» e o «Melt Spinning» que são, entretanto, técnicas muito menos difundidas na indústria ou são específicas a uma classe de materiais (em particular para as ligas de alumínio no caso presente).

[00108] Graças à invenção, o recurso a um tal pó pré-ligado por estas técnicas, na linha da atomização, permite notadamente assegurar a obtenção de uma composição química homogênea em cada partícula e entre todas as partículas.

[00109] Assim, pode-se obter uma peça muito próxima das cotas da peça final e apresentando as propriedades de resistência, notadamente, de resistência mecânica, mas também de resistência à oxidação ou à corrosão correspondendo ao nível atingido para a aplicação para a qual a peça é destinada.

[00110] Devido a este fato, segue-se que não é mais sistematicamente necessário recorrer a tratamentos térmicos posteriores de homogeneização (ou seja, a tratamentos a alta temperatura), o que acarreta uma economia substancial e evita que a peça fique distorcida. Também, na medida em que os materiais com endurecimento estrutural são suficientemente temperados na sequência destes processos de fusão de partículas por um feixe de alta energia, um tratamento de precipitação da fase de endurecimento a baixa temperatura (revenido) pode bastar.

[00111] A solução de acordo com a invenção permite, pois, abaixar muito intensamente a heterogeneidade de composição e de microestrutura do material formando a peça resultante do processo de fabricação aditiva por fusão de partículas de pó por meio de um feixe de alta energia.

[00112] A invenção será bem entendida e suas vantagens vão aparecer melhor, pela leitura da descrição detalhada que se segue, de modos de realização dados a título de exemplo não limitativo. A descrição se refere aos desenhos anexos nos quais:

[00113] As figuras 1 e 2, já descritas, são esquemas explicativos de dois processos de fabricação aditiva por fusão de partículas de pó, conhecidos e utilizados preferencialmente no quadro da presente invenção.

[00114] A figura 3, já descrita, ilustre a formação de um filme de óxido(s) que se forme com presença de porosidades de gás ocluído durante a fusão de uma liga de alumínio em presença de vapor d’água.

[00115] As figuras 4A, 4B e 4C, já descritas, são micrografias de padrões de ruptura de corpos de prova apresentando inclusões intermetálicas na sequência da reação de um líquido rico em alumínio com partículas refratárias à base de ferro ou de níquel que desempenham o papel de complementos para obter a composição desejada da liga de alumínio.

[00116] A figura 5, já descrita, corresponde a micrografias representando uma peça de aço reforçada por partículas de carboneto de titânio de menor massa por volume das quais algumas não puderam ser completamente postas em solução e não puderam ser solidificadas sob formas de dendritas primárias.

[00117] As figuras 6A a 6J, já descritas, representam diferentes pós pré-ligados monocomponentes (tanto de composição homogênea, figura 6A, quanto de composição heterogênea figuras 6B, 6C, 6D, 6E 6F, 6G e 6H) ou multicomponentes (ainda chamados compósitos, figuras 6I a 6J) cuja constituição ou estrutura difere de acordo com os processos de síntese destes pós pré-ligados.

[00118] A fim de superar alguns dos inconvenientes dos processos de fabricação aditiva de materiais estruturais por fusão de partículas de pó, como, por exemplo, a evaporação de um elemento químico muito volátil do banho, uma microestrutura inadaptada da peça pelo tamanho e/ou pela morfologia das fases e/ou dos grãos, uma anisotropia marcada do material, a presença de óxidos ou de precipitados frágeis inoportunos, a presença de defeitos..., convém considerar, de acordo com um dos processos de síntese de materiais granulares descritos na presente invenção, um pó pré-ligado monocomponente ou um pó compósito multicomponentes resultante de uma mistura e de uma aglomeração de pós, de composição média diferente daquela habitualmente admitia para a liga com a qual a peça é realizada, enquanto se conserva tanto quanto possível um pó ou uma mistura de pós de morfologia esférica.

[00119] De acordo com um primeiro modo de realização da invenção, o pó utilizado apresenta uma composição enriquecida em pelo menos um elemento químico da composição do dito material formando a peça resultante do dito processo.

[00120] Trata-se de adicionar na composição da mãe do pó, uma quantidade suficiente de um ou vários dos elementos que entram na composição do dito material formando a peça final, e isto para compensar uma perda natural de uma proporção destes elementos durante a execução do processo de fabricação aditiva por fusão de partículas de pó por meio de um feixe de alta energia. Neste caso preciso, trata-se de um pó pré-ligado monocomponente de composição homogênea.

[00121] Neste caso, considera-se uma composição química média do pó ligeiramente diferente daquela do material, em particular da liga metálica, da peça proveniente do processo de acordo com a invenção porque deve-se compensar a perda de uma quantidade de um ou de vários elementos químicos no curso da fabricação, notadamente por evaporação. Esta evaporação é tanto mais favorecida pelo emprego de um processo de fabricação aditiva sob vácuo, em particular por fusão seletiva por feixe de elétrons, em inglês «Electron Beam Melting (EBM) », contrariamente ao processo SLM cujo recinto de fabricação é geralmente colocado em sobrepressão.

[00122] Esta perda natural pode resultar da evaporação particularmente elevada destes elementos, depois das partículas de pó terem sido levadas a temperaturas muito altas, além de sua fusão e/ou em um alto vácuo (10-5 a 106 mbar).

[00123] De acordo com esta primeira variante do primeiro modo de realização, o elemento químico ou um de seus óxidos é volátil à temperatura de emprego pelo dito feixe de alta energia.

[00124] No caso em que o teor de elemento químico volátil que é perdido sob o efeito de um feixe de alta energia permanece baixo, este inconveniente é o mais frequentemente superado pelo emprego de um pó pré-ligado monocomponente, de composição homogênea (pó da figura 6A), enriquecido do dito elemento volátil. No caso de uma evaporação de maior amplitude, convém - na falta de poder dispor industrialmente de um pó pré-ligado monocomponente de composição homogênea pelas limitações técnicas conhecidas atualmente - considerar um pó pré-ligado monocomponente de composição heterogênea proveniente de um revestimento (pós das figuras 6B e 6G) ou de uma incrustação de finas partículas de pó (pós das figuras 6C e 6H), cuja composição é constituída do elemento químico volátil.

[00125] Por exemplo, o dito material é uma liga metálica que é Ti6AI4V e o dito emento volátil é o alumínio. Esta liga Ti6Al4V ou TA6V é composta de titânio, de 6% em massa de alumínio e de 4% em massa de vanádio.

[00126] Considera-se preferencialmente um enriquecimento do pó em alumínio que é compreendido entre 0,15 e 3% em massa em relação à composição da liga Ti6Al4V, e de preferência entre 0,15 e 1,5% em massa.

[00127] De acordo com um outro exemplo, o dito material é uma liga metálica à base de alumínio e de lítio (notadamente as ligas de composição em massa 2,7%<Cu<4,3% - 0,8%<Li<l,6% - 0,25%<Ag<0,45% -0,01 %<Mn<0,45% - 0,3%<Mg<0,8% - Zn<0,63% - Si<0,12% -Fe<0,15% e o resto sendo Al) e o dito elemento volátil é o lítio cuja quantidade evaporada pode se elevar de 0,1 a 0,5% em massa.

[00128] De acordo com um outro exemplo, o dito material é uma liga metálica à base de titânio, de preferência a 6242 (ou seja, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,lSi em % em massa), e o dito elemento volátil de que se obtém um enriquecimento é Sn, este enriquecimento estando compreendido entre 0,15 e 1,5% em massa em relação à composição da liga.

[00129] De acordo com um outro exemplo, o dito material é uma liga metálica à base de alumínio, de preferência a 6061 cujos elementos de liga principais são o Mg e o Si, e o dito elemento volátil de que se obtém um enriquecimento é Mg e/ou Cu, este enriquecimento estando compreendido entre 0,05 e 0,40% em massa em relação à composição da liga para o Cu e 0,05 a 1% em assa para o Mg.

[00130] De acordo com um outro exemplo, o dito material é um intermetálico de tipo TiAl, de preferência do TiAl 48-2-2 (ou seja, Ti-48Al-2Cr-2Nb em % atômica), e o dito elemento volátil de que se obtém um enriquecimento é Al, este enriquecimento estando compreendido entre 0,15 e 3% em massa em relação à composição do intermetálico.

[00131] De acordo com um outro exemplo, o dito material é uma liga metálica à base de níquel, de tipo com endurecimento por precipitação γ -Ni3(Al, Ti) e o dito elemento volátil de que obtém um enriquecimento é Al, este enriquecimento estando compreendido entre 0,05 e 3% em massa em relação à composição da liga.

[00132] De acordo com um outro exemplo, o dito material é uma liga metálica à base de ferro e mais precisamente um aço inoxidável martensítico de endurecimento estrutural pelo Cu, de preferência 17-4F (Z6CNU 17-04 ou X5CrNiCuNbl7-4 ou 1.4542) de composição em massa C: 0.07% max, Mn: 1.00% max, P: 0.040% max, S: 0.03% max, Si: 1.00% max, Cr: entre 15.00 e 17.00%, Ni: entre 3.00 e 5.00%, Cu: entre 2.8 e 5.00%, Nb+Ta: entre 0.15 e 0.45% e o resto sendo Fe, e o dito elemento volátil de que se obtém um enriquecimento é Cu, este enriquecimento estando compreendido entre 0,15 e 3% em massa em relação à composição da liga.

[00133] De acordo com um outro exemplo, pode-se mencionar a liga 15-5 PH que é um aço inoxidável martensítico por precipitação (Z7CNU 1505 ou X5CrNiCuNbl5-5 ou 1.4540) de composição em massa C: 0,07% max, Mn: 1,00% max, P: 0,040% max, S: 0,03% max, Si: 1,00% max, Cr: entre 14,00 e 15,50%, Ni: entre 3,50 e 5,50%, Cu: entre 2,50 e 4,50%, Nb+Ta: entre 0,15 e 0,45% e o resto sendo Fe. Um enriquecimento em Cu (quantidade total compreendida entre 1500 ppm e 2,5%), deste elemento suscetível de se volatilizar sob um feixe de alta energia, deve ser considerado a fim de manter a fração volumétrica desejada de fases endurecedoras que é altamente ligada ao teor de Cu. mas sendo dado que o 15-5 PH, obtido por um processo em via líquida, é sensível ao efeito de entalhe na sequência do enriquecimento em Cu de certas juntas de grãos formando «calhas» na superfície do material e devido a este fato possui uma alta tolerância aos defeitos, convém o mais frequentemente não reajustar a perda de Cu se o endurecimento por precipitação da peça fabricada por laser é suficiente para a aplicação considerada.

[00134] Tome-se um outro exemplo a respeito da liga de magnésio RZ5, que é designada de acordo com a norma francesa AFNOR por GZ4TR e por ZE41 (ou Mg-Zn-RE-Zr) de acordo com a norma ASTM. Sua composição em massa é a seguinte: Cu: <0.10%, Mn: <0.15%, Ni: <0.01%, Zn: entre 3.50 e 5.00%, Zr: entre 0.40 e 1.00%, Ce (terra rara): entre 0.75 e 1.75% e o resto sendo Mg.

[00135] Pode-se adicionar a esta liga de magnésio RZ5, o zinco que é um elemento volátil cuja quantidade evaporada pode se se elevar de 0,5 a 2,5% em massa.

[00136] De acordo com um segundo modo de realização da invenção, a composição do pó utilizado apresenta pelo menos um elemento químico suplementar em quantidade razoável (não nula, notadamente superior a 0,001% em massa, o seja 10 ppm ou ainda 10 mg/kg mas inferior à 0,5% em massa, ou seja, 5000 ppm ou 5 g/kg) e apto a modificar a microestrutura do dito material da peça resultante do dito processo em relação ao caso em que este elemento químico suplementar é ausente da composição do pó.

[00137] Isto é realizado, quando isto é possível, pelo emprego de um pó pré-ligado monocomponente, de composição homogênea (pó da figura 6A), enriquecido do dito elemento. Por vezes, convém considerar um pó pré-ligado monocomponente, de composição heterogênea proveniente de um revestimento (pós das figuras 6B e 6G) ou de uma incrustação de finas partículas de pó (pós das figuras 6C e 6H), cuja composição é constituída do dito elemento adicionado. Na medida em que as adições são pouco dúcteis, comparativamente ao pó pré-ligado monocomponente, será privilegiada uma misturação-trituração deste pó monocomponente com as finas partículas duras (pós das figuras 6E e 6F), cuja composição é constituída do dito elemento adicionado.

[00138] Ademais, é preciso levar em conta fait que um teor muito alto em elementos modificadores reduz a fluidez do banho e aumenta o teor de hidrogênio dissolvido no banho que se acompanha de uma porosidade de gás ocluído na solidificação.

[00139] Neste caso, trata-se de um elemento não necessário a título de elemento que entra na composição da liga mãe desejada, mas presente unicamente para modificar a microestrutura do material e notadamente da liga metálica da peça final de modo a satisfazer o caderno de encargos enquanto se supera certas especificidades do processo, em particular a anisotropia microestrutural e o tamanho considerável dos grãos.

[00140] De acordo com uma primeira variante do segundo modo de realização, o dito material é uma liga metálica e o dito elemento químico suplementar está apto para modificar a morfologia da ou das fases metalúrgicas da dita liga metálica.

[00141] Por exemplo, para as ligas de alumínio Al-Si hipoeutética trata-se de elementos químicos suplementares sódio (Na) e/ou estrôncio (Sr) e/ou cálcio (Ca) e/ou antimônio (Sb) que têm por efeito refinar a morfologia do eutético lamelar ou fibroso. Assinale-se que este efeito de refino da microestrutura eutética que aumenta a ductilidade da liga é reduzido pela adição do elemento fósforo (P) que reage com os elementos modificadores, e em particular o sódio, para formar fosfetos. Também, o teor de fósforo deve ser mantido a um niveal baixo (<15 a 30 ppm). Lembre-se que um outro meio para refinar a microestrutura eutética é empregar parâmetros de processo permitindo gerar uma alta velocidade de solidificação que aliás caracteriza já estes processos de fabricação rápida por fusão de partículas de pó por meio de um feixe de alta energia.

[00142] De acordo com uma segunda variante do segundo modo de realização, o dito material é uma liga metálica e o dito elemento químico suplementar estar apto a refinar o tamanho de grãos da dita liga metálica sem com isso modificar sistematicamente a morfologia dos grãos: trata-se de efetuar um refino do tamanho de grãos pela adição de inoculante.

[00143] Por exemplo, é bem conhecido que para as ligas de alumínio a estrutura equiaxial de grãos finos oferece a melhor combinação de resistência e de ductilidade. A morfologia e o tamanho dos grãos formados após solidificação do banho são determinados pela composição da liga, pela velocidade de solidificação e pela adição em baixa quantidade de elementos químicos suplementares ditos «refinadores», em particular titânio e boro sob forma de sais de Ti, de B ou de Ti-B ou ainda de ligas Al-Ti, Al-B ou Al-Ti-B. Estes elementos químicos refinadores formam, em contato com o alumínio líquido, compostos intermetálicos de alto ponto de fusão que constituem sítios de germinação heterogênea de grãos e aumentam o número de grãos. Outros inoculantes como o Nb, o Zr e o Cu-P (onde o elemento fósforo age em particular sobre a germinação de Si) são utilizados igualmente para o refino das ligas de alumínio. A adição em baixa quantidade (10 a 5000 ppm) de Ti e/ou de Zr nas ligas de alumínio, conduzindo à formação de intermetálicos TiAl3 e ZrAl3, reduz a fissuração a quente durante a solidificação destas ligas de alumínio refinando seu grão.

[00144] Por exemplo, a dito liga metálica mãe é uma liga à base de alumínio do tipo AlSi10Mg próxima da liga 43000 de acordo com a norma NF EN 1706, ou seja, ainda próxima da liga A360 de acordo com «Aluminum Association» nos EUA. Esta liga é composta de alumínio, de 9,5% em massa de silício, de 0,5% em massa de magnésio e de 1,3% em massa de ferro e o dito elemento é titânio e/ou boro e/ou zircônio (de preferência 100 a 300 ppm de Ti, e/ou 20 a 50 ppm de B e/ou 100 a 500 ppm de Zr).

[00145] Estes três elementos podem ser introduzidos na liga mãe sob a forma de uma liga binária Al-Ti ou Al-Zr contendo 3 a 10% em massa de Ti ou de Zr, ou então ainda sob forma de uma liga ternária Al-Ti-B ou Al-Zr-B constituída da dita mesma liga binária Al-Ti ou Al-Zr com mais 0,2 a 1% em massa de B. A introdução direta de partículas de TiB2 ou de ZrB2 na liga mãe rica em alumínio deve ser afastada em razão de seu alto ponto de fusão tornando delicada sua dissolução e isto tanto mais que as partículas são grossas. Também pela introdução destas ligas na liga de alumínio, aluminetos (essencialmente TiAl3 ou ZrAl3) e boretos (essencialmente TiB2 ou ZrB2 e mesmo AlB2) se formam com um tamanho, uma morfologia e uma distribuição apropriados para constituir sítios de germinação heterogênea dos grãos de alumínio.

[00146] Assim, de preferência, o titânio e/ou o boro são dois elementos químicos que são introduzidos, só ou em conjunto, de preferência sob forma de ligas binárias (Al-Ti) ou (Al-B) ou ternária (Al-Ti-B) de baixo ponto de fusão, próximo daqueles da liga à base de alumínio.

[00147] Para outros tipos de ligas que não as ligas de alumínio, por exemplo, a dita liga metálica mãe é uma liga à base de titânio que é Ti6Al4V ou TA6V e o dito elemento químico suplementar ou elemento refinador é o boro (10 a 5000 ppm de B) ou boretos de tipo TiB2 (10 a 5000 ppm de Ti'B2).

[00148] De preferência, estes elementos químicos (B ou TiB2) são introduzidos sob a forma de finas partículas elementares por incrustação (revestimento descontínuo como no caso da figura 6C) e/ou por misturação (como no caso da figura 6E).

[00149] Pode-se adicionar à liga de magnésio RZ5 acima citada, ou Ca e/ou do Zr que, em baixa quantidade (total compreendido entre 10 a 5000 ppm), podem ter um efeito benéfico sobre o refino do grão.

[00150] De acordo com outros exemplos, para ligas à base de Ti, Fe, Al ou Ni, o enriquecimento em elementos químicos suplementares ditos «refinadores» compreende um ou vários elementos químicos dentre C, B, N, TiC, TiN, TiB2, Fe3C e FeSi, para uma adição total compreendida entre 50 e 5000 ppm.

[00151] De acordo com uma terceira variante do segundo modo de realização, o dito elemento está apto a desoxidar o banho da dita liga metálica.

[00152] Por exemplo, a dita liga metálica é uma liga à base de ferro que é de preferência 16NCD13, 32CDV13 ou 15CDV6 e o dito elemento químico suplementar ou elemento desoxidante é titânio introduzido sob a forma de partículas de TiC e/ou de TiB2 (menos de 1% em volume, de preferência 50 a 5000 ppm de TiC e/ou de TiB2 e de preferência de 50 a 500 ppm de TiC e/ou de TiB2).

[00153] De acordo com outros exemplos, a adição de terras raras na síntese de compósitos com matriz metálica (CMM) ou de materiais ávidos de oxigênio tem por efeito limitar o oxigênio dissolvidos no banho líquidos no curso da fabricação aditiva. As terras raras as mais utilizadas são o escândio (Sc), o neodímio (Nd), o ítrio (Y) e o lantânio (La). Eles têm a particularidade de fixar o oxigênio dissolvido sob forma de óxidos, óxidos estes que são quimicamente estáveis em face da matriz de CMM e de materiais ávidos de oxigênio. Com o fim de uma redução de custos e de uma melhor eficaz de desoxidação do banho líquido, convém, o mais frequentemente, introduzir as terres raras na síntese dos pós sob forma de hexaboretos de fino tamanho de tipo RB6 (NdB6, YB6, LaB6, ScB6), os quais são suscetíveis de formar boretos (refinadores) além de aprisionar o oxigênio dissolvido do banho líquido formando óxidos.

[00154] Assim, de preferência, o dito elemento químico suplementar é adicionado por adição de finas partículas de TiC, de TiB2 e/ou de hexaboretos de terras raras para as ligas à base de Ti, Fe e Al.

[00155] De acordo com um outro exemplo, pode-se vir enriquecer de 50 a 5000 ppm da liga de magnésio RZ5 acima citada em terras raras que além de desempenhar o papel de desoxidante do banho, permitindo aumentar a resistência à corrosão galvânica e permitindo reduzir a microporosidade e a fissuração na solidificação do banho líquido.

[00156] De acordo com uma quarta variante do segundo modo de realização, com respeito às partículas de um pó compósito apresentando reforços, de preferência descontínuos de forma delgada (fibras) ou equiaxial (partículas), (pó da figura 61), o dito elemento químico suplementar (agente tensoativo ou surfactante) está apto a facilitar a umectação dos reforços (descontínuos) pelo líquido formado pela fusão de uma parte das partículas do pó compósito por meio de um feixe de alta energia: em particular trata-se da fusão pelo feixe de alta energia das outras partículas elementares metálicas do pó compósito.

[00157] Por exemplo, para os compósitos com matriz à base de alumínio reforçada por partículas de SiC, o elemento Mg dissolvido aumenta a umectação do SiC pelo alumínio líquido enquanto que o elemento Cu a diminui.

[00158] A adição de Si em baixa quantidade (50 a 5000 ppm) permite controlar o teor de Fe do banho líquido rico em alumínio e abaixa um pouco sua temperatura de fusão, melhorando assim a umectabilidade do líquido em face do reforço SiC.

[00159] Constata-se com os elementos Cu e Si (quantidade total compreendida entre 50 a 5000 ppm) o mesmo efeito em face da umectação dos reforços SiC nas ligas de magnésio.

[00160] De acordo com uma quinta variante do segundo modo de realização, o dito elemento está apto a melhorar a absortividade da radiação fornecida pelo feixe de alta energia de modo a facilitar por um lado a densificação por sinterização se a compacidade do leito de pó é suficientemente elevada (caso do processo SLS) ou por outro lado a fusão dos pós (caso dos processos SLM e DMD) do material considerado.

[00161] Por exemplo, o dito material é uma cerâmica quase transparente à radiação do feixe de alta energia, de preferência óxidos (Al2O3, SiO2, ZrO2, Y2O3, MgO, TiO2...) ou misturas de vários óxidos (Al2O3-SiO2, Al2O3-ZrO2, ZrO2-Y2O3, Al2O3-SiO2-Y2O3...) dos quais alguns podem desempenhar o papel de fundente (diminuição da temperatura solidus da mistura pela formação de uma baixa quantidade de líquido de baixo ponto de fusão facilitando a densificação e consolidação do material durante sua fabricação aditiva), e o dito elemento é o carbono - ou qualquer outro elemento absorvente em face do comprimento de onda do laser utilizado -introduz de preferência sob a forma de um revestimento contínuo (50 a 5000 ppm de carbono ou de seus derivados e de preferência de 100 a 1000 ppm de carbono) de um pó atomizado ou centrifugado (pó da figura 6B) ou então ainda aglomerado depois densificado (Trata-se de um pó como aquele da figura 6J, que é ademais revestido depois que ele tenha sido densificado por chama ou em forno para eliminar completamente o ligante).

[00162] De acordo com uma sexta variante do segundo modo de realização, o dito elemento ou composto químico suplementar está apto a reforçar a liga metálica de um ponto de vista mecânico para aplicação a alta temperatura: em particular, utiliza-se o dito composto químico suplementar com uma fração volumétrica suficientemente elevada, compreendida entre 3 e 30% em volume, assim como um tamanho suficientemente fino e uma distribuição suficientemente homogênea, todas os dois próximos daqueles das partículas elementares metálicas do pó compósito apresentado na figura 6I.

[00163] Para os aços 16NCD13, 32CDV13, 15CDV6..., os compostos FeAl, TiC e ainda outros podem desempenhar papel de reforços. A resistência específica destes compósitos com a matriz metálica (CMM) e sua resistência em temperatura se encontrando necessariamente melhoradas em relação aos materiais não reforçados. Todavia, sua ductilidade é reduzida e demanda uma otimização da fração volumétrica dos reforços de modo a limitar esta baixa de ductilidade.

[00164] De acordo com um outro exemplo, as ligas de titânio como, por exemplo, o TA6V podem ser reforçadas por adições de TiB e/ou de TiC com uma fração volumétrica destes reforços que, de preferência, não ultrapassa 15% em volume. Estas adições podem ser obtidas fazendo reagir a liga de titânio com o reforço B4C.

[00165] É considerada a incorporação de reforços SiC nas ligas de alumínio da série 5000 e reforços Al2O3 nas ligas de alumínio da série 6000. A introdução de reforços SiC nas ligas de magnésio é igualmente considerada.

Claims (13)

1. Processo para fabricação de peças de material metálico, intermetálico, cerâmico, de compósito com matriz cerâmica ou de compósito com matriz metálica com reforço descontínuo, notadamente com reforço cerâmico ou intermetálico, por fusão ou sinterização de partículas de pó(s) por meio de um feixe de alta energia, em que o pó utilizado é um único pó cujas partículas apresentam uma esfericidade compreendida entre 0,8 e 1,0 e um fator de forma compreendido entre 1 e V2, cada partícula de pó apresentando uma composição média sensivelmente idêntica e em que a repartição granulométrica das partículas do dito pó é estreitada em torno do valor de diâmetro médio d50% de sorte que: (d90% - d50%) / d50% ≤ 0,66 e (d50% - d10%) / d50% ≤ 0,33 com (d90% - d10%) / d50% ≤ 1,00,
   caracterizado pelo fato de que a composição do pó utilizado apresenta pelo menos um elemento químico suplementar em quantidade não nula, mas inferior a 0,5% em massa, ou seja, 5000 ppm ou 5 g/kg e apta a modificar a microestrutura do dito material da peça resultante do dito processo em relação ao caso onde este elemento químico suplementar está ausente da composição do pó, e em que partículas do pó apresentam reforços e em que dito elemento químico suplementar está apto a facilitar a molhagem dos reforços pelo líquido formado por fusão de uma parte das partículas do pó compósito por meio de um feixe de alta energia.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a repartição granulométrica das partículas, definida pelo valor de «span», (d90% - d10%)/d50%, deve ser inferior ou igual a 0,50 com (d90% - d50%)/d50%≤ 0,33 e (d50% - d10%)/d50%≤ 0,17.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pó utilizado é obtido por atomização ou por centrifugação de uma liga mãe.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pó utilizado é obtido por revestimento (revestimento contínuo) ou incrustação (revestimento descontínuo).
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pó utilizado é obtido por trituração/misturação.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pó utilizado é obtido por granulação a partir de uma suspensão chamada pasta.
7. Processo, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o pó utilizado apresenta uma composição enriquecida em pelo menos um elemento químico da composição do dito material formando a peça resultante do dito processo.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito elemento químico, ou um de seus óxidos, é volátil à temperatura de emprego pelo dito feixe de alta energia.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito material é a liga metálica Ti6Al4V e em que o dito elemento químico volátil é o alumínio.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito enriquecimento do pó de alumínio está compreendido entre 0,15 e 3% em massa em relação à composição da liga de Ti6Al4V.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito material é uma liga metálica à base de alumínio e de lítio e em que o dito elemento químico volátil é o lítio.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito feixe de alta energia é um feixe laser.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ele utiliza a técnica de projeção laser (Direct Metal Deposition, DMD), de fusão seletiva por laser (Selective Laser Melting, SLM) ou de sinterização seletiva por laser (Selective Laser Sintering) de leitos de pó.

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