Prototipagem rápida chega às peças metálicas

Imagem: NASA

A prototipagem rápida não conquistou seu lugar na indústria, nos escritórios de projetos e até no meio artístico por acaso: a possibilidade de fabricar peças complexas a partir de um desenho em computador acelera o desenvolvimento de novos produtos e permite que peças únicas ou em pequenos lotes sejam fabricadas rapidamente e a um custo muito baixo.

E todo esse sucesso se deu apesar de uma aparente deficiência: as peças só podiam ser fabricadas com plásticos. Só mais recentemente a prototipagem rápida - também conhecida como impressão 3-D - chegou às peças de vidro e de cerâmica.

Prototipagem rápida com metais
Agora essa limitação praticamente deixa de existir: engenheiros do Centro de Pesquisas Langley, da NASA, desenvolveram um sistema de prototipagem rápida que permite a fabricação de peças de metal e de ligas metálicas a partir de um desenho CAD no computador.

A possibilidade de fabricar peças metálicas sem o desenvolvimento de moldes abre novas possibilidades de aplicações - além da redução de custos nas aplicações já existentes - na indústria aeronáutica e espacial e na fabricação de implantes médicos customizados para cada paciente.

Aplicações espaciais
A necessidade de peças de reposição é um dos maiores desafios das viagens espaciais interplanetárias de longa duração, assim como para o estabelecimento de bases na Lua - qualquer equipamento quebrado dependeria do envio de peças sobressalentes da Terra.

Numa viagem a Marte, por exemplo, isso seria impraticável. Uma impressora 3-D capaz de "imprimir" peças de metal representa o fim desse problema.

Fusão por feixe de elétrons
A técnica de impressão 3D de peças metálicas ocorre no interior de uma câmara de vácuo, onde um feixe de elétrons é focalizado sobre um suprimento contínuo de metal em pó, fundindo-o e fazendo sua deposição camada a camada sobre a peça em construção.

O processo foi batizado de EBF3 - Electron Beam Free Form Fabrication - fabricação de peças em formato livre por feixe de elétrons.

O equipamento tem dois bicos de injeção de metal que funcionam simultaneamente, o que significa que ele é capaz de misturar dois metais diferentes em uma liga única ou incorporar um material no interior de outro.

Esta última possibilidade permitirá, por exemplo, a incorporação de fibras ópticas de vidro no interior de peças metálicas e a colocação de sensores em áreas impossíveis de serem trabalhadas hoje.

A única exigência do processo é que os metais sejam compatíveis com o uso do feixe de elétrons, tornando o alumínio, o titânio e outros metais semelhantes, as matérias-primas ideais para a fabricação das peças por impressão 3D.

Oficina e mineração espacial
Devido à grande possibilidade de uso para fins aeroespaciais, os engenheiros colocaram sua máquina de prototipagem a bordo de um avião para simular seu funcionamento em microgravidade.

O próximo passo é criar uma versão miniaturizada do equipamento para que ele possa ser levado para a Estação Espacial Internacional.

Os astronautas das futuras bases lunares poderão utilizar versões aprimoradas dessa impressora para fabricar peças de reposição conforme elas sejam necessárias, em vez de depender de seu envio da Terra. A matéria-prima poderá vir tanto da reciclagem de peças usadas ou partes descartadas de foguetes, como da mineração direta dos metais no solo lunar.

Impressão 3D com metais
O uso terrestre e mais imediato da impressão 3D com metais é ainda mais promissor. Hoje, uma peça para a indústria aeronáutica pode começar com um bloco de titânio de 3.000 quilogramas, torneado e desbastado até chegar a um objeto de 150 quilogramas. Os outros 2.850 quilogramas precisão ser reciclados, sem contar a enormidade de fluido de corte e energia desperdiçados no processo.

"Com a EBF3 você pode fabricar a mesma peça usando apenas 175 quilogramas de titânio e desbastar apenas 25 quilogramas para ter a peça em sua conformação final," diz a engenheira Karen Taminger, coordenadora do grupo de pesquisadores. "E a prototipagem metálica utiliza muito menos eletricidade para criar a mesma peça."

Segundo ela, a fabricação das peças camada por camada abre a possibilidade de contar com cavidades internas e complexidades que não são possíveis com a usinagem de um bloco sólido de metal, o que deverá permitir a fabricação de peças que levarão a um aumento na eficiência das turbinas de aviões, entre vários outros equipamentos de ponta.