Tudo indica que o futuro da soldagem e da produção de veículos está prestes a mudar radicalmente. Conforme divulgado pela Universidade de Michigan, recentemente, uma equipe de pesquisadores da instituição descobriu que fazer estruturas de veículos a partir de uma combinação de metais e plásticos pode torná-los muito mais leves, mais fortes, mais seguros e mais ecológicos do que os modelos totalmente em aço ou alumínio que dominam hoje em dia.
Imagem: Brenda Ahearn/ Faculdade de Engenharia/ Universidade de Michigan.
Durante entrevista concedida ao canal de notícias da universidade, Dong detalha como sua equipe conseguiu o feito que foi considerado impossível por décadas. Ele também discute um processo de alumínio-aço que pode permitir a impressão 3D de alumínio em aço.
Confira mais detalhes do projeto no vídeo abaixo, em inglês, e na sequência parte da entrevista de Gabe Cherry, da Faculdade de Engenharia da Universidade de Michigan, com o pesquisador Pingsha Dong:
Q&A
Gabe Cherry: Como a capacidade de soldar materiais muito diferentes pode melhorar os carros?
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Pingsha Dong: Modelos de computador nos mostram que podemos tornar as estruturas de carros e caminhões até 40% mais leves, construindo-as com uma combinação de metais e plásticos. Peso mais leve traz uma variedade de vantagens, principalmente melhor eficiência. Os veículos movidos a gasolina podem ter uma melhor economia de combustível, enquanto os veículos elétricos podem obter mais alcance. Veículos com estruturas multimateriais também têm melhor dirigibilidade e maior segurança.
O problema é que, tradicionalmente, a única maneira de unir metal e plástico é com adesivos ou fixadores mecânicos, que são muito lentos e caros para qualquer coisa que não seja veículos especiais de baixo volume. Os processos que estamos desenvolvendo podem mudar isso e trazer estruturas e componentes de veículos multimateriais do reino do exótico para o mainstream.
Nossas novas técnicas de soldagem também podem melhorar as caixas e compartimentos de baterias de veículos elétricos. Hoje, são estruturas multicamadas que geralmente são mantidas juntas com adesivos e fixadores mecânicos. Eles são muito difíceis de desmontar para reparo ou reciclagem. Baterias soldadas podem ser desmontadas e remontadas com muito mais facilidade, e também podem ser mais leves, mais baratas de fabricar e mais fáceis de manter refrigeradas.
GC: Vamos falar sobre metal e plástico. Por que é tão difícil soldá-los juntos? Como funciona o seu processo?
PD: A soldagem é sobre a criação de ligações entre dois materiais no nível molecular. A sabedoria convencional por décadas tem sido que plástico e metal são fundamentalmente incompatíveis, e não há razão para tentar soldá-los juntos. No entanto, descobrimos que a combinação certa de calor e pressão nas áreas certas pode fazer com que o carbono e o oxigênio do plástico se liguem ao metal.
Usamos uma máquina comum que se parece com uma furadeira com cabeçote giratório cilíndrico. O metal é colocado em cima do plástico e a cabeça é abaixada sobre os dois materiais. Isso cria calor e pressão, unindo os dois materiais em uma solda ponto ou em uma solda linear.
GC: Que materiais podem ser ligados com este processo? E quando os fabricantes podem usá-lo?
PD: Qualquer metal pode ser ligado diretamente com qualquer plástico que contenha uma quantidade adequada de compostos de oxigênio-carbono. A chave é calcular o “ponto ideal” de calor e pressão que irá soldar uma determinada combinação de materiais, e podemos trabalhar com os fabricantes para determinar isso. Para plásticos que não possuem compostos oxigênio-carbono suficientes, como o polipropileno, podemos colocar um filme plástico barato entre os dois materiais para “semear” a ligação com oxigênio e carbono.
Patenteamos o processo e já estamos trabalhando com fabricantes de equipamentos para desenvolver equipamentos comerciais que possam ser licenciados para montadoras e outros fabricantes. Eu diria que veremos essa tecnologia na indústria nos próximos dois anos.
GC: E a sua pesquisa sobre aço e alumínio?
PD: A capacidade de combinar aço e alumínio pode permitir não apenas a soldagem, mas também novas maneiras baratas de imprimir ligas de alumínio em 3D em aço. Tentativas anteriores levaram à formação de compostos quebradiços na interface entre os dois metais, reduzindo a resistência da liga.
Nosso processo usa uma combinação precisa de calor e pressão para evitar a formação desses compostos e pode oferecer novas maneiras de combinar o peso leve do alumínio com a alta resistência do aço.
