Impressão 3D cria molde de quase 2 toneladas para Boeing | Reprodução/Baker Industries
Uma impressora 3D industrial produziu um molde de quase duas toneladas para ajudar a Boeing a fabricar componentes de aeronaves.
O projeto reuniu a Boeing e o Oak Ridge National Laboratory (ORNL), laboratório do Departamento de Energia dos Estados Unidos.
A estrutura mede aproximadamente 1,83 metro por 1,22 metro e levou oito semanas para ser impressa em metal.
Mas há um detalhe importante: o objeto de quase duas toneladas não é uma peça do avião.
Ele funciona como uma ferramenta industrial usada para moldar componentes termoplásticos destinados à fabricação aeronáutica.
Impressora trabalha com arame e soldagem
O projeto usa uma tecnologia chamada WAAM, sigla para Wire Arc Additive Manufacturing.
Ela funciona de maneira bem diferente de uma impressora 3D doméstica.
Em vez de derreter filamento plástico, o sistema alimenta arame metálico enquanto uma fonte de calor semelhante à usada em processos de soldagem funde o material.
Um braço robótico movimenta a tocha e deposita metal camada por camada até formar a peça.
No ORNL, a equipe utilizou o sistema Arc-1 para construir o molde.
Molde combina dois tipos de aço
A impressora também consegue trabalhar com mais de um metal.
No projeto da Boeing, os pesquisadores usaram aço carbono nas regiões estruturais, onde resistência e rigidez têm maior importância.
Já a superfície do molde recebeu aço inoxidável, escolhido por características como resistência à corrosão e estabilidade dimensional.
Essa combinação permitiu usar cada material apenas onde suas propriedades faziam mais sentido.
Canais de aquecimento já nascem dentro do molde
Um dos maiores ganhos da impressão 3D aparece por dentro da peça.
Moldes tradicionais desse tipo normalmente recebem furos retos depois da fabricação para criar canais de aquecimento e resfriamento.
Com manufatura aditiva, os pesquisadores conseguiram imprimir canais curvos que acompanham o próprio formato do molde.
Isso permite distribuir calor de maneira mais próxima à geometria da ferramenta.
Na prática, o sistema pode aquecer e resfriar áreas de forma mais eficiente durante a fabricação das peças.
Boeing quer fabricar peças termoplásticas mais rápido
O molde será usado em um processo chamado Stamp Form Die.
Nesse método, uma folha de material termoplástico aquecida fica entre duas ferramentas metálicas que pressionam o material até assumir a geometria desejada.
É semelhante ao funcionamento de uma prensa com dois moldes.
O objetivo do projeto é estudar maneiras de tornar a fabricação desses componentes mais rápida, eficiente e flexível.
NASA também está envolvida
A ferramenta será usada pela Boeing em atividades relacionadas ao Hi-Rate Composite Aircraft Manufacturing, ou HiCAM, da NASA.
O programa pesquisa maneiras de aumentar a velocidade de produção de aeronaves feitas com materiais compósitos.
Esses materiais ajudam a reduzir peso e, consequentemente, podem contribuir para menor consumo de combustível.
O desafio está em fabricar componentes em volume suficiente para atender à produção comercial.
Imprimir duas toneladas também cria problemas
Produzir uma peça metálica desse tamanho não consiste apenas em aumentar a escala de uma impressora.
Durante a deposição, o metal recebe muito calor.
Depois, começa a esfriar.
Esse processo cria tensões internas que podem entortar ou deslocar a geometria.
No caso do molde da Boeing, esse comportamento virou um dos principais desafios de engenharia.
Equipe fez 32 simulações antes de acertar a forma
Os pesquisadores usaram simulações computacionais para prever como o molde deformaria durante a fabricação.
A equipe realizou 32 iterações de simulação antes de chegar à estratégia usada na impressão.
Além disso, os engenheiros adicionaram nervuras temporárias de suporte na parte traseira.
Essas estruturas ajudaram a controlar a deformação enquanto o metal esfriava.
No fim, o molde ficou a apenas alguns milímetros da geometria planejada.
Nervuras foram removidas depois
Os suportes não fazem parte da ferramenta final.
Depois da impressão, o molde seguiu para a Baker Industries, em Michigan.
A empresa realizou um tratamento térmico para aliviar tensões internas acumuladas durante o processo.
Em seguida, removeu as nervuras temporárias e concluiu as operações de acabamento necessárias para atender às especificações da Boeing.
Impressão não elimina usinagem e acabamento
O caso também ajuda a corrigir uma ideia comum sobre manufatura aditiva industrial.
A impressora não entrega necessariamente uma ferramenta pronta para entrar imediatamente em produção.
Depois da deposição, peças grandes ainda podem precisar de:
- tratamento térmico;
- usinagem;
- remoção de suportes;
- acabamento superficial;
- verificação dimensional.
A vantagem está em produzir rapidamente uma geometria próxima da final e integrar recursos difíceis de fabricar por métodos convencionais.
Quase 2 toneladas em oito semanas
O número chama atenção, mas o contexto importa.
O molde levou cerca de oito semanas para ser construído pela impressão WAAM.
Isso pode parecer bastante quando comparado à impressão de objetos pequenos.
Entretanto, estamos falando de uma ferramenta metálica com quase duas toneladas, dois tipos de aço e canais internos integrados.
A comparação correta não é com uma impressora de bancada.
É com processos industriais como fundição, forjamento, soldagem, perfuração e usinagem de grandes blocos metálicos.
Impressão 3D começa a fabricar as ferramentas da fábrica
Esse talvez seja o aspecto mais interessante do projeto.
A impressão 3D não está produzindo diretamente o avião.
Ela está produzindo a ferramenta usada para fabricar partes do avião.
Essa diferença abre um campo enorme para manufatura aditiva.
Moldes, gabaritos e ferramentas normalmente exigem geometrias específicas e são fabricados em volumes muito menores do que as peças finais.
Por isso, podem aproveitar justamente as vantagens da impressão 3D: personalização, canais internos complexos e menor dependência de processos dedicados para cada geometria.
No caso da Boeing, a peça de quase duas toneladas mostra até onde essa escala já pode chegar.
