impressão

Alumínio em camadas

Alguns dizem que ela é o primeiro passo da nova revolução industrial. Outros, mais céticos, preferem vê-la apenas como mais uma grande oportunidade para a indústria. A impressão 3D, objeto de investimentos e apostas mundo afora, foi criada em 1984 por Chuck Hull, fundador e proprietário da americana 3D Systems. A técnica de ponta por ele inventada, a estereolitografia ou fotopolimerização, é utilizada até hoje na produção de peças em polímeros a partir de um feixe de laser ultravioleta aplicado a resinas líquidas em locais predeterminados para a fabricação. Desde então, a tecnologia evoluiu e a manufatura aditiva – nome técnico da impressão 3D – cresceu 68% de 2013 a 2014 com lucro de 3,3 bilhões de dólares no mundo, de acordo com a agência Canalys. No segmento de metais, o cenário é ainda melhor. No primeiro trimestre de 2015, a alemã SLM Solutions teve expansão de 130% nas vendas, com 17 máquinas na carteira de pedidos e lucro de 14,4 milhões de euros.

A manufatura aditiva em metais hoje é dominada, sobretudo, por multinacionais de países europeus como a Alemanha, em destaque, a Inglaterra e a Suécia, mas a iminente expiração de algumas das principais patentes na área de metal é mais um fator que começa a movimentar o mercado. “Essas patentes que estão para caducar vão abrir o caminho para uma forte concorrência e para um maior desenvolvimento de máquinas e de ligas avançadas”, afirma Jorge Silva, pesquisador-chefe do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, unidade do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Mcti) do Governo Federal.

Técnica

O processo da impressão com o metal começa a partir de um desenho 3D feito no software CAD (Computer Aided Design). Depois, as escolhas para imprimir um objeto em alumínio são muitas: da sinterização a laser de ligas com o método “Direct Metal Laser Sintering” (Dmls), passando pela fusão de metal puro com o “Selective Laser Melting” (SLM), até o mais recente que utiliza feixe de elétrons em uma câmera a vácuo para fundir o metal – conhecido como “Electron Beam Melting” (EBM).

No passo a passo da fabricação, em primeiro lugar, o arquivo é enviado para a máquina onde é realizado um trabalho de fatiamento da peça, que é cortada computacionalmente em finas camadas. Cada uma das camadas é então enviada para a máquina automaticamente e o laser (ou o feixe de elétrons) começa a trabalhar sobre um depósito de pó metálico. Desta forma, pela adição de camadas que variam de 20 μm a 100 μm, começa a ser construído o produto idealizado com o software de projetos CAD.

Silva sintetiza: “Imagine um balde cheio de pó de alumínio ou de outro metal em que o laser seletivamente fundiu o material depositando cada camada para criar uma peça. Depois, ela poderá ser tratada termicamente, por processos químicos ou físicos, antes de estar pronta para o uso, de maneira a conferir melhores propriedades mecânicas e superficiais”. Segundo ele, o procedimento reduz as etapas de produção convencional e elimina o molde substituindo a fundição em alguns casos específicos, como no caso das ligas de precisão que contêm alumínio na sua formulação.

No entanto, a nova revolução industrial, proporcionada por essa tecnologia, ao menos a curto prazo, não será tão radical como alguns imaginam. A tendência da indústria é de complementar as técnicas de fundição e de usinagem de acordo com as vantagens que cada aplicação proporciona para os segmentos. “O que vemos é a possibilidade de um processo conjugado entre a manufatura aditiva e os métodos convencionais, não uma substituição”, conclui Jorge Silva.

No Brasil, para contrastar com a divulgação ainda incipiente, alguns centros de pesquisa, como o CTI Renato Archer e a Unicamp, fomentam estudos na área e aplicações a partir de parcerias com indústrias e instituições de ensino. “A difusão desta tecnologia no Brasil depende de maior divulgação entre os setores da indústria, porque a sua expansão no mundo é constante, com muitos investimentos na área de ligas metálicas”, afirma André Jardini, pesquisador da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas alocado no BioFabris, Instituto Nacional de C&T para o desenvolvimento de biomateriais.

Expertise

A SLM Solutions, multinacional radicada em Lübeck na Alemanha, foi uma das primeiras empresas a dominar o processo de manufatura aditiva a laser para alumínio e titânio. O crescimento exponencial da empresa deve-se às máquinas de grandes proporções, com as “impressoras” SLM 280 HL e SLM 500 HL. “O diferencial das nossas máquinas é que nelas você pode fabricar peças de grandes dimensões – 500x280x325mm, no caso da SLM 500 – ou pequenas peças utilizando a dimensão inteira da plataforma com até quatro lasers”, afirma Amed Belaid, representante da SLM Solutions na América Latina.

Outra empresa líder no setor, a EOS GmbH, multinacional alemã com sede próxima a Munique, fornece hoje a liga AlSi- 10Mg para as máquinas EOSINT M 280 e EOS M 290. Ela proporciona leveza estrutural e ótima resistência térmica, de acordo com a produtora. Um dos cases de sucesso é a fabricação de uma jaqueta de refrigeração em alumínio para o carro de corrida do GreenTeam, da Universidade de Stuttgart.

O problema estrutural da peça, cuja complexidade desejada não era atendida pelos processos tradicionais, foi resolvido com a escolha da fabricação aditiva: proporcionou maior flexibilidade no desenvolvimento e na execução do projeto com economia de custos. O peso da jaqueta foi reduzido em 16% e a refrigeração melhorou 37%. Outro exemplo da EOS é o trocador de calor fabricado com a liga para “reduzir o tamanho e peso dos equipamentos em conjunto, aumentando sua eficiência e a vida útil do sistema”, afirma Silvio Collafemina, representante da EOS no Brasil.

A demanda para a multinacional segue forte em diversos setores. “Além da aplicação na indústria automotiva, temos uma grande aplicação da liga na indústria aeronáutica, na fabricação de peças para aeronaves e estruturas de aviões não tripulados”, afirma Collafemina, que ressalta a área de projetos como uma que irá se destacar, pelo fato de ser possível produzir protótipos funcionais, conferindo novas geometrias, qualidades e propriedades a um produto em estudo.

A 3D Systems conta em seu portfólio com a linha ProX 300, que imprime em 3D nas dimensões 250x250x300mm e foi desenvolvida para produtos de baixo a médio volume, com geometria complexa em materiais metálicos e cerâmicos. Entre as ligas utilizadas pela 3D Systems está a liga de alumínio AlSi12. “Esperamos crescer no Brasil 30% ao ano”, afirma Luiz Dompieri, representante da multinacional americana no país.

Metalurgia de pós

Na produção avançada de metais em 3D, uma das principais questões é a esfericidade do pó. O alumínio sólido, para ser utilizado na impressão 3D, precisa ser transformado em pó metálico, em um processo denominado atomização. O material derretido é resfriado por uma corrente de ar que fragmenta o metal em pequenas partículas esféricas, com um sistema similar ao da produção de leite em pó. “Quanto mais fino e mais esférico o pó metálico, maior será a definição do produto final”, afirma Octávio Schichi, representante no Brasil da Höganäs, multinacional sueca proprietária da patente Digital Metal® e especializada na produção de pós metálicos. “Nossa empresa está se expandindo e buscando investimentos no Brasil. Hoje nossa produção é concentrada em ligas de aço inoxidável na planta da Suécia, mas, para o futuro, investiremos também em novas ligas e o alumínio é uma delas”.

Segundo Jorge Silva, do CTI Renato Archer, as principais multinacionais europeias procuram empresas brasileiras interessadas na tecnologia para expansão da carteira de pedidos de máquinas a laser e de feixe de elétrons. “O objetivo também é disponibilizar, em um segundo momento, o know-how necessário para o desenvolvimento de novas ligas”, diz.

Essas empresas têm interesse que novos pós de metais sejam produzidos e certificados para usos específicos, como a área médica, no Brasil, para que uma maior variedade de material seja utilizado nas máquinas fornecidas, diminuindo também os custos de importação. Para isso fornecem consultoria e treinamento para que o produto seja desenvolvido diretamente aqui.

Recentemente, o CTI Renato Archer adquiriu uma máquina de manufatura aditiva de feixe de elétrons da Arcam no valor de 1 milhão de euros, incluindo instalações. O objetivo do instituto é trabalhar em parceria com empresas e universidades brasileiras para o desenvolvimento de novos produtos para a indústria e a pesquisa no Brasil.

Também de olho nesse mercado, a Alcoa acaba de anunciar um investimento de US$ 60 milhões na expansão do centro de P&D, na Pensilvânia, nos EUA. O intuito é acelerar o desenvolvimento de materiais e processos para impressão 3D em ligas metálicas. Os cientistas da companhia irão produzir pós em alumínio, níquel e titânio especificamente para atender a demanda crescente no segmento aeroespacial e, futuramente, nos mercados automotivo, médico e de construção civil.

“Combinando nossa experiência em ligas metálicas, fabricação, design e qualificação do produto, vamos impulsionar ao limite a fabricação aditiva de hoje”, diz Klaus Kleinfeld, CEO da Alcoa, em anúncio oficial para o processo AmpliforgeTM. A solução consiste em um método de impressão 3D, seguida de processos como forjamento, o que contribui para o aumento da resistência final do produto e para significativa redução do uso de materiais.

Patentes

A impressão 3D, contudo, traz consigo um ponto jurídico crucial: a violação da Propriedade Intelectual por qualquer consumidor que adquira uma impressora para uso doméstico. Até 2018, segundo a consultoria Gartner, a indústria irá perder até 100 bilhões de dólares por ano com o impacto da impressão 3D em um mercado avaliado em 13,4 bilhões de dólares.

A necessidade de regulamentação legislativa neste contexto é evidente, mas ainda pouco discutida no país. “Acredito que o debate brasileiro a respeito do uso de impressoras 3D emergirá a partir do momento em que esta gerar reais efeitos econômicos no campo da segurança pública, da saúde ou da Propriedade Intelectual”, afirma Bruna Castanheira, advogada, pesquisadora em Direito Digital e redatora do DireitoTech.

Segundo ela, para combater a pirataria, a indústria poderia apostar em soluções semelhantes aos serviços de streaming de conteúdo digital (como o Netflix) para oferecer produtos de qualidade ao consumidor, sem prejuízo econômico ou violação das patentes. “Existem oportunidades ainda inimagináveis a serem exploradas. Bons negócios e novas formas de monetização podem nascer daí”, diz.

Nasa

A reposição de uma peça é um dos principais problemas que um astronauta poderia enfrentar em uma missão na Estação Espacial ou, no futuro, na Lua ou em Marte. A necessidade de produzí-las sob gravidade zero e de forma prática e rápida levou o Centro de Pesquisas Langley da Nasa (LaRC), nos Estados Unidos, a procurar a melhor solução. O resultado foi o desenvolvimento da tecnologia

“Electric Beam Freeform Fabrication” (EBF3) para estruturas metálicas aeroespaciais. A técnica que irá ultrapassar a órbita da Terra é ideal para ligas de alumínio 2219 – que é utilizada na fabricação de toda a estrutura da Estação Espacial. A “impressão” do produto é realizada camada por camada, por um feixe de elétrons a vácuo, que transmite 100% da energia fundindo o pó. “Antes, a impressão em 3D em alumínio não era viável, pelo baixo custo de fundição e usinagem do material.

A General Electric tem sido pioneira na impressão em alumínio para aviões e nós na Nasa para espaçonaves”, afirma Douglas Hoffman, engenheiro pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa em conjunto com o Instituto de Tecnologia da Califórnia. A expectativa é que os astronautas sejam capazes de reparar eventuais danos na própria estação espacial, diretamente no espaço, usando o EBF3.

Veja também:

De ponta a ponta: multinacionais enxergam com bons olhos a compra de alumínio certificado

O Brasil é o único País do mundo com todas as refinarias de alumina certificadas pela Aluminium Stewardship Initiative (ASI). Em 2017, a organização global criou um programa independente com critérios e padrões, com foco em aspectos ambientais e sociais voltados para a produção, uso e reciclagem do alumínio. A certificação tem dois padrões:Performance: abrange questões

Startup desenvolve o patinete elétrico de alumínio mais leve do mundo

A startup FlowDot, fundada há cinco anos e focada na elaboração de produtos de transporte, desenvolveu o patinete elétrico dobrável Mantour X. O modelo de alumínio e fibra de carbono, cujo primeiro lote está sendo produzido por meio de uma campanha de financiamento coletivo, garante ao produto um peso total de apenas 7,2 kg, com

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Rolar para cima
Menu