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Polimerização de Resina

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A Marinha Portuguesa, a mais antiga do Mundo, outrora dominou os mares com base em arrojo e liderança tecnológica, não na dimensão do nosso mercado interno que sempre foi minúsculo. Com o domínio de novas tecnologias, como a Construção Aditiva, voltamos, 500 anos depois, a ter a oportunidade de estar no grupo da frente.

A impressão 3D é um assunto cada vez mais na ordem do dia. Aos poucos vamo-nos habituando a ver notícias relacionadas com este tema nos meios de comunicação social. Mais recentemente fomos inundados de publicações nas redes sociais com viseiras para proteção contra o COVID-19 feitas em impressoras 3D caseiras. Mas afinal do que se trata quando falamos em impressão 3D?   Na realidade o termo técnico mais correto seria Construção Aditiva (Additive Manufacturing). Por construção aditiva podemos considerar o processo através do qual informação digital em 3D de um objeto é utilizada para a construção desse mesmo objeto, através da deposição de material, normalmente camada após camada. Contudo, o termo impressão 3D ganhou tanta popularidade que passaremos a utilizá-lo como sinónimo de construção aditiva.

Impressora 3D de tecnologia FDM (extrusão de plástico) a meio da construção de uma peça. (imagem do autor)
Impressora 3D de tecnologia FDM (extrusão de plástico) a meio da construção de uma peça. (imagem do autor)
Exposição de várias técnicas impressão. As peças brancas representam um estudo, em que o material foi sendo retirado por via da utilização de topology optimization até se chegar à peça mais à direita que está bastante aligeirada. A vermelho observam-se dois estudos referentes a cross flow fans. A cinza, o compressor de uma turbina centrifuga, neste caso impressa com a tecnologia Polimerização de Resina. (imagem do autor)
Exposição de várias técnicas impressão. As peças brancas representam um estudo, em que o material foi sendo retirado por via da utilização de topology optimization até se chegar à peça mais à direita que está bastante aligeirada. A vermelho observam-se dois estudos referentes a cross flow fans. A cinza, o compressor de uma turbina centrifuga, neste caso impressa com a tecnologia Polimerização de Resina. (imagem do autor)
Peças do sistema ventilação da Lancha L-150, impressas em 3D no Arsenal do Alfeite (imagem do autor)
Peças do sistema ventilação da Lancha L-150, impressas em 3D no Arsenal do Alfeite (imagem do autor)

Existem várias tecnologias disponíveis para a impressão 3D.

Enumeram-se de seguida as principais:

  • Extrusão de Material, conhecida pelo acrónimo FDM (Fused Deposition Modeling). É uma tecnologia muito versátil quanto aos materiais que podem ser utilizados, normalmente um polímero, mas o mais importante é que esse polímero pode formar uma matriz com aditivos que vão desde a madeira à fibra de carbono passando pelos metais. É a tecnologia mais disseminada e uma das mais acessíveis.
  • Polimerização de Resina, produz peças em plástico com excelente acabamento final.
  • Fusão ou Sinterização, ideal para produção em metal com alta precisão. Também pode ser utilizado plástico.
  • Jato de Polímero, sempre que se pretenda elevada fiabilidade face a um original, incluindo milhões de cores na mesma peça.

    Andrew Urban, investigador da Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation - CSIRO, a operar o equipamento de Metal Cold Spray (imagem Nick Pitsas CSIRO)
    Andrew Urban, investigador da Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation – CSIRO, a operar o equipamento de Metal Cold Spray (imagem Nick Pitsas CSIRO)
  • Binder Jetting, produz peças em metal ou plástico em grandes lotes.
  • Directed Energy Deposition, para peças em metal sem grandes constrangimentos relativos à dimensão.
  • Sheet Lamination, permite uma grande abrangência de materiais, que podem ir do papel até à fibra de carbono.
  • Metal Cold Spray, ideal para peças metálicas de grandes dimensões sem os respetivos problemas de gestão de temperaturas por não ser um processo de fusão ou soldadura.

Mas quais são as vantagens deste processo de fabricação em relação aos tradicionais?

Talvez a primeira utilidade a ser encontrada para a impressão 3D tenha sido a prototipagem rápida. A impressão 3D permite que se construam protótipos a um custo e a um ritmo impossível de atingir por outras tecnologias. Torna-se possível realizar um grande número de iterações, o que por sua vez agiliza a descoberta de uma solução ótima.

Modelo pormenorizado, impresso à escala 1:25, da Lancha L-150 (imagem do autor)
Modelo pormenorizado, impresso à escala 1:25, da Lancha L-150 (imagem do autor)

Utensílios e ferramentas à medida podem ser impressos sem os custos associados à produção em massa. Moldes para pequenas séries tornam-se exequíveis. Templates para linhas de montagem podem ser fabricados on demand na própria fábrica. Permite também a melhoria do desempenho através da otimização da forma das peças, colocando material apenas onde ele é necessário, sem, no entanto, afetar a resistência da peça. A impressão 3D permite a inclusão de estruturas internas quase impossíveis de alcançar através dos métodos de fabricação convencionais. A título de exemplo a inclusão de canais de refrigeração otimizados dentro de uma fresa. E a possibilidade de consolidar um sistema constituído por várias peças numa única peça.

Peças do modelo pormenorizado, impresso à escala 1:25, da Lancha L-150 (imagem do autor)
Peças do modelo pormenorizado, impresso à escala 1:25, da Lancha L-150 (imagem do autor)

A impressão 3D escancarou as portas à customização e personalização de produtos. Ambas gravitam à volta da produção de modelos únicos, utilizando processos manuais e artesãos experientes. Não admira, portanto, que a impressão 3D esteja a tomar de assalto estas atividades. A impressão 3D é também altamente disruptiva quanto às cadeias de fornecimento, gestão de stocks e deslocalização de produção. Permite que a produção seja realizada onde e quando for necessária, aliviando muito a cadeia logística. Enumera-se ainda mais uma vantagem: a produção de peças descontinuadas que possam ser produzidas com recurso à impressão 3D.

As empresas ligadas à atividade marítima bem como as Marinhas Militares não têm andado afastadas das vantagens da impressão 3D. São já alguns os bons exemplos da sua adoção.

Os estaleiros da DAMEN criaram com sucesso um hélice construído inteiramente em 3D numa liga de níquel-alumínio-bronze (WAAMpeller), destinada a equipar rebocadores, e que se encontra já certificada.

O WAAMpeller, o hélice fabricado com técnica 3D print (imagem Damen Shipyards Group)
O WAAMpeller, o hélice fabricado com técnica 3D print (imagem Damen Shipyards Group)

A empresa Thermwood (EUA) fabricou um contramolde de um casco (Hull Pattern) com 1.400 Kg, para uma lancha.

A Universidade do Maine (EUA) produziu uma lancha em plástico com 7,5 m de comprimento e 2,3 tons de peso. Neste caso, estamos mais perante uma prova de conceito daquilo que pode ser alcançado, do que propriamente de um produto comercial.

A Marinha dos Estados Unidos da América conta já com vários projetos interessantes, desde experiências que visam a produção de peças a bordo dos navios, à produção de peças descontinuadas. Mas um dos exemplos mais curiosos foi a fabricação de um minissubmarino (OMTD) em plástico com 10 m de comprimento, destinado à inserção de Navy Seals.

Também os fuzileiros americanos se fazem acompanhar por um contentor que alberga diversas impressoras. Sempre que no terreno algo se danifica, sendo possível, substitui-se por uma peça impressa, aumentando significativamente a taxa de operacionalidade.

Staff Sgt. Brandon Ballantyne, chefe da secção de manutenção das comunicações do 11º Batalhão logistico de combate, da 11ª Unidade de Fuzileiros Expedicionária, trabalhando com uma impressora 3D a bordo do navio-doca anfíbio USS JOHN P. MURTHA (LPD-26). (imagem USMC, Adam Dublinske)
Staff Sgt. Brandon Ballantyne, chefe da secção de manutenção das comunicações do 11º Batalhão logistico de combate, da 11ª Unidade de Fuzileiros Expedicionária, trabalhando com uma impressora 3D a bordo do navio-doca anfíbio USS JOHN P. MURTHA (LPD-26). (imagem USMC, Adam Dublinske)

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O navio-doca anfíbio USS JOHN P. MURTHA (LPD-26) em companhia do contratorpedeiro USS Momsen (DDG 92). (imagem US Navy, Alexander C. Kubitza)
O navio-doca anfíbio USS JOHN P. MURTHA (LPD-26) em companhia do contratorpedeiro USS Momsen (DDG 92). (imagem US Navy, Alexander C. Kubitza)

Recentemente a Real Marinha Australiana anunciou que irá utilizar a tecnologia Metal Cold Spray para proceder à reparação dos seus submarinos da classe Collins.

É de referir ainda a Célula de Experimentação Operacional de Veículos Não Tripulados (CEOV) da Marinha Portuguesa, que conta com a tecnologia de impressão 3D para a realização dos seus protótipos.

O Arsenal do Alfeite S.A. no campo da Construção Aditiva

Em junho de 2019 foi decidido implementar a Construção Aditiva na Arsenal do Alfeite S.A., tendo-me sido atribuída a responsabilidade de dar resposta às solicitações para a área de impressão 3D que já existem, bem como difundir na estrutura interna do estaleiro e junto do nosso principal cliente, a Marinha Portuguesa, as potencialidades desta tecnologia.

Vista aérea do estaleiro Arsenal do Alfeite (imagem A.A.)
Vista aérea do estaleiro Arsenal do Alfeite (imagem A.A.)

A maior parte dos trabalhos realizados consistem na produção de peças descontinuadas. Enganam-se os que pensam que este tipo de problema não se coloca em navios mais recentes. Se um determinado fabricante resolve extinguir a produção de um sistema, passados poucos anos deixa de haver sobressalentes no mercado. A Marinha já não tem de ficar perante a difícil decisão de substituir um sistema de milhares de euros por um novo, apenas porque um interruptor se partiu. Mesmo quando ainda existem originais no mercado, após as competentes análises de custo / benefício, tem-se optado nalguns casos pela fabricação em 3D, com vantagens ao nível de preço e prazos de entrega.

Contamos entregar brevemente a primeira embarcação salva-vidas L-150, encomendada pela Autoridade Marítima. Esta embarcação conta já de raiz com diversas peças originais impressas em 3D e que são projeto do estaleiro. A impressão do modelo da lancha L-150 à escala 1:25, recorrendo a filamentos de diferentes cores, permitiu identificar processos utilizados na 1.ª construção que estão a ser melhorados com vantagens significativas na construção da 2.ª lancha.

A lancha salva-vidas L-150 (imagem A.A.)
A lancha salva-vidas L-150 (imagem A.A.)

De referir também o papel que a AA S.A. pode desempenhar no campo da prototipagem e investigação. Já foram levadas a cabo algumas experiências com materiais impressos com capacidades de absorção de emissões radar, vulgarmente conhecidos por RAM (Radar Absorbing Material). Uma das utilidades mais imediatas seria a construção de drones com características militares.

Para finalizar este artigo, é de realçar que esta tecnologia tem como maior qualidade o facto de ser uma niveladora por excelência, colocando os pequenos ao nível dos grandes. Quantas vezes compramos “lá fora” com a desculpa (verdadeira) de que o nosso mercado interno não tem dimensão para produzirmos de forma eficiente. Mas já não tem de ser assim, e ao internalizarmos a produção, geramos postos de trabalho especializado, acumulamos know-how e mantemos os recursos financeiros cá dentro. A Marinha Portuguesa, a mais antiga do Mundo, outrora dominou os mares. Esse domínio foi baseado em arrojo e liderança tecnológica, não na dimensão do nosso mercado interno que sempre foi minúsculo. Voltamos 500 anos depois a ter a oportunidade de voltar ao grupo da frente e desta vez não há boas desculpas para não o fazer!