Impressão 3D vai ao espaço para entender por que metais criam defeitos | Reprodução/Nasa
Uma das próximas pesquisas da Estação Espacial Internacional pode ajudar a resolver um problema bem terrestre da impressão 3D de metais: por que algumas partículas não derretem ou não se misturam como deveriam.
O projeto, financiado pela National Science Foundation (NSF) em parceria com o ISS National Laboratory, vai investigar como pequenas partículas metálicas se comportam durante a fusão em ambiente de microgravidade.
A ideia é separar efeitos que, na Terra, ficam parcialmente escondidos pela gravidade e pelos fluxos de líquido que ela provoca.
Se os pesquisadores entenderem melhor esse processo, poderão construir modelos mais precisos para reduzir defeitos em peças metálicas produzidas por manufatura aditiva.
Partículas precisam derreter completamente
Em vários processos de impressão 3D de metais, partículas muito pequenas precisam fundir e se misturar adequadamente para formar um material uniforme.
Quando isso não acontece, podem surgir falhas internas.
Esses defeitos podem prejudicar:
- resistência;
- uniformidade;
- propriedades mecânicas;
- confiabilidade da peça final.
O problema parece simples de descrever, mas é difícil de observar em detalhe.
Na Terra, a gravidade interfere no movimento do material durante a fusão.
Microgravidade ajuda a separar forças
O experimento será conduzido justamente na ISS porque a microgravidade muda esse cenário.
Sem a influência dominante da gravidade, os pesquisadores conseguem observar com mais clareza fenômenos como tensão superficial e transporte de massa.
Essas forças também influenciam como partículas metálicas derretem, se espalham e se misturam.
Na Terra, porém, elas ficam combinadas com correntes e movimentos induzidos pela gravidade.
É justamente essa mistura de efeitos que dificulta construir modelos mais precisos.
Pesquisa não significa imprimir uma peça inteira no espaço
O objetivo do estudo não é simplesmente colocar uma impressora 3D metálica em órbita e produzir componentes completos.
A pesquisa vai observar o comportamento de pequenas partículas metálicas durante a fusão.
Isso permite estudar uma etapa fundamental do processo em condições controladas.
Depois, os dados podem alimentar modelos usados para melhorar processos de manufatura aqui na Terra.
Defeito microscópico pode virar problema grande
Na manufatura aditiva metálica, pequenas inconsistências podem comprometer peças muito maiores.
Uma região mal fundida pode gerar:
- porosidade;
- falta de fusão;
- mistura incompleta;
- variações de propriedades;
- pontos de fragilidade.
Dependendo da aplicação, isso pode exigir retrabalho ou até descarte.
Em componentes aeronáuticos, médicos ou industriais, controlar esse tipo de falha se torna ainda mais importante.
Washington University lidera o projeto
O estudo será liderado por Patricia Weisensee, da Washington University in St. Louis.
O projeto recebeu o título de The Role of Non-Gravitational Transport Phenomena on the Melting Dynamics of Small Particles.
Em tradução livre, a pesquisa analisa o papel dos fenômenos de transporte não gravitacionais na dinâmica de fusão de pequenas partículas.
A equipe usará a microgravidade para tentar construir uma visão mais limpa do que acontece quando essas partículas entram em contato com material líquido e começam a derreter.
Resultado pode melhorar modelos de impressão 3D
O ganho mais direto está na modelagem.
Quanto melhor os pesquisadores entenderem como as partículas se comportam, mais precisos podem ficar os modelos usados para prever a fusão.
Isso ajuda a ajustar parâmetros antes de fabricar uma peça.
Além disso, pode contribuir para reduzir tentativa e erro em processos complexos de manufatura aditiva.
Não significa, porém, que a pesquisa vá eliminar automaticamente defeitos em impressão 3D metálica.
Ela busca melhorar o conhecimento fundamental usado para enfrentá-los.
Aplicações vão além da manufatura
A NSF e o ISS National Lab apontam que os resultados também podem interessar a outras áreas nas quais partículas precisam se dissolver ou se misturar em líquidos.
Entre os exemplos estão:
- liberação de medicamentos;
- reciclagem de microplásticos;
- processos de transporte de partículas;
- tecnologias de materiais.
Isso acontece porque a física estudada não pertence exclusivamente à impressão 3D.
A manufatura aditiva é uma das aplicações mais visíveis.
Parceria entre NSF e ISS já dura mais de dez anos
O projeto faz parte de uma colaboração de longa duração entre a NSF e o ISS National Lab.
Desde o início da parceria, quase 100 projetos receberam apoio para utilizar a estação em pesquisas de áreas como dinâmica de fluidos, biotecnologia, combustão e fenômenos de transporte.
Esse conjunto de trabalhos já gerou mais de 350 publicações científicas revisadas por pares, segundo o ISS National Lab.
A nova pesquisa de impressão 3D metálica entra nessa mesma lógica: usar um ambiente difícil de reproduzir na Terra para responder a perguntas que podem melhorar tecnologias terrestres.
Espaço pode ajudar a fabricar peças melhores na Terra
A ironia da pesquisa está justamente aí.
O experimento vai para o espaço não porque seu principal objetivo seja fabricar peças para o espaço.
Ele sobe à ISS para remover uma variável que atrapalha a observação na Terra: a gravidade.
Ao fazer isso, os pesquisadores esperam enxergar melhor o comportamento básico das partículas metálicas.
E, se os modelos melhorarem, uma parte do caminho para peças impressas em 3D mais uniformes pode começar a centenas de quilômetros acima de nós.
