Camada por camada

As peças dos motores a jato precisam suportar forças e temperaturas surpreendentes e devem ser tão leves quanto possível para economizar combustível. Isso significa que é complexo e caro fabricá-los: os técnicos da General Electric soldam até 20 peças separadas de metal para obter um formato que misture eficientemente o combustível e o ar em um injetor de combustível. Mas para um novo motor que será lançado no próximo ano, a GE acha que tem uma maneira melhor de fabricar injetores de combustível: imprimindo-os.

Para fazer isso, um laser traça o formato da seção transversal do injetor em uma camada de pó de cromo-cobalto, fundindo o pó na forma sólida para construir o injetor, uma camada ultrafina de cada vez. Isto promete ser mais barato do que os métodos tradicionais de fabricação e deve resultar em uma peça mais leve – ou seja, melhor. As primeiras peças irão para motores a jato, diz Prabhjot Singh, que dirige um laboratório na GE que se concentra em melhorar e aplicar este e outros processos de impressão 3D semelhantes. Mas, acrescenta, “não há um dia em que não tenhamos notícias de uma das outras divisões da GE interessadas em usar esta tecnologia”.

Estas inovações estão na vanguarda de uma mudança radical na tecnologia de produção que é especialmente atraente em aplicações avançadas como aeroespacial e automóveis. As técnicas de impressão 3D não apenas tornarão mais eficiente a produção de peças existentes. Eles também tornarão possível produzir coisas que antes não eram sequer concebíveis – como peças com formatos complexos e escavados que minimizam o peso sem sacrificar a resistência. Ao contrário dos processos de maquinação, que podem deixar até 90% do material no chão, a impressão 3D praticamente não deixa resíduos – uma grande consideração com metais caros como o titânio. A tecnologia também poderia reduzir a necessidade de armazenar peças em estoque, porque é igualmente fácil imprimir outra peça – ou uma versão melhorada dela – 10 anos após a primeira ter sido fabricada. Um fabricante de automóveis que receba relatos de uma falha no mecanismo do cinto de segurança poderá ter uma versão reconfigurada a caminho das concessionárias dentro de alguns dias.

A manufatura aditiva, como também é conhecida a impressão 3D, surgiu em meados da década de 1980, depois que Charles Hull inventou o que chamou de estereolitografia, na qual a camada superior de uma poça de resina é endurecida por um laser ultravioleta. Vários métodos de impressão 3D tornaram-se populares entre engenheiros que desejam criar protótipos de novos designs ou fazer algumas peças altamente personalizadas: eles podem fazer um projeto 3D de uma peça em um programa de design assistido por computador e depois obter um impressora cuspi-lo horas depois. Esse processo evita custos iniciais, longos prazos de entrega e restrições de projeto das técnicas convencionais de fabricação de alto volume, como moldagem por injeção, fundição e estampagem. Mas a tecnologia foi adaptada apenas a um conjunto limitado de materiais e surgiram dúvidas sobre o controle de qualidade. Construir peças dessa forma também tem sido lento – pode levar um dia ou mais para fazer o que a fabricação tradicional consegue realizar em minutos ou horas. Por estas razões, a impressão 3D não tem sido usada para grandes tiragens de peças de produção.

Mas agora a tecnologia está avançando o suficiente para a produção em nichos de mercado, como os de dispositivos médicos. E está prestes a entrar em várias aplicações maiores nos próximos anos. “Chegamos ao ponto em que estão acontecendo avanços críticos suficientes para tornar a tecnologia realmente útil na fabricação de peças de uso final”, diz Tim Gornet, que dirige o Centro de Prototipagem Rápida da Universidade de Louisville.

FAZENDO INROADS

Várias técnicas podem ser usadas para “imprimir” um objeto sólido camada por camada. Na sinterização, uma fina camada de metal em pó ou termoplástico é exposta a um laser ou feixe de elétrons que funde o material em um sólido em áreas designadas; em seguida, uma nova camada de pó é colocada por cima e o processo é repetido. As peças também podem ser construídas com plástico aquecido ou metal extrudado ou esguichado através de um bocal que se move para criar a forma de uma camada, após a qual outra camada é depositada diretamente no topo, e assim por diante. Em outro método de impressão 3D, a cola é usada para unir os pós.