DE ELÉTRONS E FEIXE DE ÍONS FABRICAÇÃO ASSISTIDA USINAGEM POR FEIXE DE ELÉTRONS E FEIXE DE ÍONS Lays Oliveira Rodrigo Souza Pablo Odilon Bruno Coelho EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora

INTRODUÇÃO O feixe de elétrons é uma tecnologia utilizada para processamento de materiais, utilizando o calor gerado pelo impacto dos elétrons com o material a trabalhar. Têm-se diferentes formas de utilizar o feixe de elétrons, como por exemplo: • Soldagem • Corte • Tratamento superficial • Micro-usinagem EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora

HISTÓRICO Este processo foi inicialmente utilizado por volta dos anos 50, na área de soldagem, quando as primeiras construções nucleares passaram a exigir a soldagem isenta de oxidação, de materiais reativos como o titânio e o zircônio. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora

O PROCESSO Este método baseia-se no princípio de que o bombardeamento de elétrons gera energia, ou seja, quando o feixe assim concentrado choca-se contra uma superfície bem definida, o impacto faz com que a energia cinética transforme-se em energia térmica, alcançando altíssimas temperaturas, capazes de fundir praticamente todos os tipos de materiais conhecidos. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 4

O EQUIPAMENTO 5 EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 5

O EQUIPAMENTO - VÍDEO 6 EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 6

O MECANISMO O mecanismo pelo qual os feixes concentrados penetram na peça ainda não é completamente conhecido. Mas, sabe-se que a energia altamente concentrada do feixe de elétrons vaporiza instantaneamente o material no ponto de impacto. O material derretido no ponto de impacto é rapidamente ejetado pela pressão do vapor e removido do material. A convergência do feixe pode ser ajustada por meio de lentes magnéticas. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 7

APLICAÇÕES Por enquanto, algumas aplicações da usinagem por feixe de elétrons ainda se encontram em fase experimental, não representando uma alternativa competitiva do ponto de vista técnico ou econômico, quando comparadas a outros processos. Mesmo assim, a indústria aeroespacial, a aeronáutica e a eletrônica são exemplos de áreas que já vêm utilizando este processo com resultados positivos na produção de múltiplos microfuros, litografia em semicondutores e microusinagem de peças complexas. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 8

VANTAGENS • Altas taxas de furação (até 4000 furos/s); • Fura qualquer material; • Sem distorção térmica ou mecânica; • Parâmetros controlados via computador; • Grande precisão. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 9

DESVANTAGENS • Equipamento caro; • Tempo de não produção para fazer vácuo (lead-time); • Camada refundida; • Requer grande conhecimento do operador; • Até 10 mm de espessura; • Tamanho limitado da peça à câmara de vácuo; • Requer proteção contra raios-x. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 10

USINAGEM FEIXE DE ELÉTRONS EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 11

USINAGEM FEIXE DE ÍONS A usinagem por feixe de íons, embora se dê por mecanismos parecidos com o da usinagem por feixe de elétrons, utilizando-se de equipamento bastante semelhante, apresenta particularidades que merecem ser discutidas. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 12

USINAGEM FEIXE DE ÍONS Bastante utilizada na indústria de semicondutores, a usinagem por feixe de íons permite trabalhos precisos em substratos de silício. No caso da usinagem através de ions de Gálio, é possível resolução mínima de 5nm. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 13

USINAGEM FEIXE DE ÍONS Bastante utilizada na indústria de semicondutores, a usinagem por feixe de íons permite trabalhos precisos em substratos de silício. No caso da usinagem através de ions de Gálio, é possível resolução mínima de 5nm. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 14

USINAGEM FEIXE DE ÍONS Bastante utilizada na indústria de semicondutores, a usinagem por feixe de íons permite trabalhos precisos em substratos de silício. No caso da usinagem através de ions de Gálio, é possível resolução mínima de 5nm. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 15

USINAGEM FEIXE DE ÍONS Princípio de funcionamento: O Gálio é um metal que possui um baixo ponto de fusão (30°C). Em sua forma liquida, é forçado a atravessar uma agulha de tungstênio. O diâmetro do orifício desta agulha é muito estreito. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 16

USINAGEM FEIXE DE ÍONS Os íons então são extraídos por eletrodos e guiados por lentes magnéticas até se chocar com a peça a ser usinada. Como o íon é mais massivo do que o elétron, este método consegue transferir energia cinética mais facilmente à peça que está sendo usinada. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 17

CONCLUSÃO Apesar de apresentar uma alta produção, o custo elevado do equipamento torna inviável a usinagem por feixe de elétrons, principalmente nos casos que o valor agregado do produto não supera a responsabilidade técnica do mesmo, porém há materiais e equipamentos que necessitam de sua qualidade e precisão, como por exemplo peças da indústria nuclear e aeroespacial. EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora 18

OBRIGADO! FABRICAÇÃO ASSISTIDA EDUCA Ç ÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE Campus Juiz de Fora