A EOS, líder em manufatura aditiva de metais, apresentou recentemente a EOS CopperAlloy CuNi30, uma liga de cobre-níquel desenvolvida especificamente para sua tecnologia de manufatura aditiva por sinterização direta de metais a laser. Criada em parceria com a Phillips Federal e a Austal USA, esta liga foi desenvolvida para atender aos rigorosos requisitos de desempenho da Marinha dos EUA para componentes críticos de submarinos, ao mesmo tempo em que oferece todas as vantagens de design e produção da impressão 3D.
Os ambientes marítimos estão entre os mais exigentes em termos de materiais de engenharia. A água salgada corrói o metal implacavelmente, as flutuações de temperatura testam a estabilidade estrutural e as tensões mecânicas de ondas, correntes e sistemas de bordo desafiam a durabilidade. Há décadas, as ligas de cobre-níquel têm sido a escolha preferida para a construção naval e equipamentos marítimos devido à sua excelente resistência à corrosão e confiabilidade.
De uma necessidade estratégica
O desenvolvimento do CuNi30 foi impulsionado por um objetivo estratégico: solucionar gargalos na cadeia de suprimentos causados pelos longos prazos de entrega de componentes fundidos de cobre-níquel. O programa “2+1 Columbia e Virginia Class Submarine Platforms” da Marinha dos EUA exigia um método de fundição alternativo que atendesse aos padrões de desempenho e, ao mesmo tempo, reduzisse os atrasos na produção.
A EOS respondeu criando um material em conformidade com as especificações UNS C96400 da norma ASTM B369-09, oferecendo a mesma resistência à corrosão e resistência esperadas das ligas tradicionais de CuNi, porém otimizado para manufatura aditiva. As aplicações típicas da EOS CopperAlloy CuNi30 incluem diversos tipos de componentes marítimos, especialmente bombas e impulsores.
De acordo com Ankit Saharan, gerente sênior de tecnologia de metais da EOS, o projeto foi acelerado para dar suporte ao cronograma da Marinha, resultando em um lançamento comercial poucos meses após o início do desenvolvimento.
Composição e performance
A EOS CopperAlloy CuNi30 é uma liga à base de cobre com teor de níquel de 28% a 32%, balanceada com pequenas quantidades de nióbio, ferro e manganês para aumentar a estabilidade mecânica e a resistência à corrosão. O cuidadoso equilíbrio dos elementos garante alta ductilidade mesmo em temperaturas extremamente baixas, um fator crítico para embarcações que operam em águas árticas ou em ambientes de águas profundas.
Testes mecânicos revelam resistências à tração de até 700 MPa em construções horizontais tratadas termicamente, limites de escoamento de até 560 MPa e alongamentos na ruptura superiores a 30% nas condições de fabricação. Mesmo sob tratamento térmico para alívio de tensões, a liga mantém um alongamento superior a 20%, tornando-a altamente resistente à fratura frágil. Sua dureza varia de 75 HRB no estado de fabricação a 90 HRB após o tratamento térmico, proporcionando durabilidade e usinabilidade.
Uma das qualidades mais impressionantes do CuNi30 é sua capacidade de manter alta ductilidade e resistência mecânica em diferentes orientações e temperaturas de fabricação.
Propriedades mecânicas típicas (tratamento térmico, construção EOS M 290)
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Fonte:(https://www.voxelmatters.com) Limite de escoamento (Rp0,5): Até 560 MPa (horizontal)
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Resistência à tração máxima (Rm): até 700 MPa (horizontal)
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Alongamento na ruptura (A): 22–28%
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Dureza: 90 HRB (tratado termicamente)
Aplicações para ambientes marinhos adversos
A corrosão causada pela água salgada representa uma ameaça constante na engenharia marítima, resultando em reparos dispendiosos, tempo de inatividade e, em alguns casos, falhas catastróficas. A composição rica em níquel do CuNi30 promove a formação de uma camada protetora de óxido, protegendo os componentes contra corrosão por pites e frestas. Sua resistência à bioincrustação também reduz a necessidade de limpeza e manutenção frequentes.
A liga apresenta desempenho consistente mesmo em ambientes de baixa temperatura, garantindo que as peças mantenham sua resistência e tenacidade em operações no Ártico e missões em alto mar. Essa estabilidade torna o CuNi30 igualmente adequado para sistemas de defesa naval e aplicações marítimas comerciais.
As propriedades do CuNi30 o tornam uma excelente escolha para sistemas expostos à água do mar. Ele já está sendo adotado em componentes submarinos, como válvulas de admissão de água do mar, tubulações de alta pressão e equipamentos de propulsão. Como mencionado anteriormente, é igualmente eficaz em bombas e impulsores, onde sua resistência à corrosão e à erosão por partículas prolonga a vida útil em condições desafiadoras.
Outras aplicações de AM incluem trocadores de calor e condensadores marítimos, que se beneficiam da alta condutividade térmica e resistência à corrosão do CuNi30, garantindo transferência de calor eficiente e confiabilidade a longo prazo. A infraestrutura offshore de petróleo e gás — onde a exposição à água salgada, alta pressão e gases corrosivos é constante — pode usar o CuNi30 para prolongar a vida útil de risers, conectores e conexões submarinas.
A manufatura aditiva muda tudo
Tradicionalmente, a fundição de ligas de cobre-níquel para essas aplicações é lenta e custosa devido à complexidade dos moldes, aos rigorosos controles de qualidade e à capacidade limitada dos fornecedores. Com o DMLS, os componentes de CuNi30 podem ser produzidos sob demanda, próximos ao ponto de uso, sem a necessidade de ferramentas caras.
Essa mudança permite que estaleiros e instalações navais evitem meses de espera, além de abrir novas possibilidades de projeto. Canais internos, geometrias otimizadas e estruturas com peso reduzido — impossíveis com a fundição — agora são viáveis, melhorando o desempenho e reduzindo o uso de material.
O CuNi30 está disponível para os sistemas de médio e grande porte da EOS, especificamente as séries EOS M 290 e EOS M 400. Ele é processado com uma espessura de camada de 60 mícrons sob atmosfera de argônio, resultando em peças de alta densidade com um teor de defeitos inferior a 0,1%. A variação dimensional após o tratamento térmico é normalmente de cerca de 0,1%, permitindo a manutenção de tolerâncias precisas.
Sua resistência em uma ampla faixa de temperatura é outro recurso de destaque. Os testes Charpy com entalhe em V revelam valores de energia de impacto de até 190 J a -85 °C no estado de fabricação, confirmando sua capacidade de suportar cargas de choque em condições extremas.
Parâmetros de processamento e compatibilidade de equipamentos
O EOS CopperAlloy CuNi30 é otimizado para:
- EOS M 290 (quadro médio)
- EOS M 400-1 e M 400-4 (sistemas de grande porte e alto rendimento)
Parâmetros de processamento padrão:
- Espessura da camada: 60 μm
- Gás inerte: Argônio
- Lâmina de revestimento: Aço rápido (HSS)
- Tamanho da peneira: 90 μm
- Alteração dimensional após tratamento térmico: ~0,1%
Uma vantagem estratégica para operações navais
Ao permitir a produção regional sob demanda de peças críticas, o CuNi30 reduz a dependência de longas cadeias de suprimentos de fundição. Isso não apenas acelera a manutenção e as novas construções, mas também fortalece a segurança nacional, garantindo que componentes essenciais possam ser fabricados internamente e com rapidez.
Como observou John Harrison, vice-presidente sênior de aditivos globais da Phillips Federal, a liga é “essencial em muitas aplicações marítimas e será importante em nossos esforços para dar suporte ao Centro de Excelência da Marinha dos EUA”.
A EOS CopperAlloy CuNi30 representa um novo modelo de fabricação para o setor marítimo. Ao combinar a durabilidade e a resistência à corrosão das ligas tradicionais de cobre-níquel com a liberdade de projeto, a velocidade e a flexibilidade da manufatura aditiva, ela oferece aos construtores e engenheiros navais uma ferramenta poderosa para enfrentar os desafios do oceano. Para saber mais sobre as ligas acesse o site.
