A impressão 3D composta permite a detecção de danos na indústria aeroespacial e construção

O Brightlands Materials Center (Geleen, Holanda) desenvolveu peças compostas impressas em 3D com funcionalidade de autodetecção. A autodetecção cria oportunidades para monitorar estruturas críticas em campos como aeroespacial, construção e saúde.

O que é autodetecção?

Autodetecção é a capacidade de um material atuar como um sensor e coletar informações sobre sua própria condição. Os compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de carbono já estão estabelecidos como fornecendo recursos de autodetecção com base em mudanças mensuráveis ​​na resistência elétrica das fibras contínuas. Esses materiais estão sendo desenvolvidos e demonstrados para monitoramento de integridade estrutural (SHM) em aplicações de aeronaves e construção, incluindo pontes e edifícios.

Tradicionalmente, esses materiais compostos com autodetecção são fabricados usando técnicas que envolvem estágios múltiplos, operações mais complexas e equipamentos especiais. O Brightlands Materials Center está combinando a autodetecção de fibra de carbono contínua com a fabricação usando manufatura aditiva para tornar as aplicações SHM mais econômicas, permitindo um uso mais amplo e a expansão para novas aplicações.

A impressão 3D de fibra contínua abre novos horizontes

A manufatura aditiva permite o posicionamento e orientação muito precisos das fibras de carbono contínuas. Assim, é possível colocar as fibras em locais escolhidos dentro do produto para fornecer a resistência e rigidez necessárias ao longo dos caminhos de carga especificados e formando uma parte integrante da estrutura. Isso significa que as fibras de carbono estão localizadas onde são necessárias para atuar como “sensores” para monitorar a estrutura e várias fibras podem formar uma gama de sensores em toda a peça.

O Brightlands Materials Center demonstrou esse conceito monitorando a deformação em um modelo em escala de uma ponte composta para pedestres e em uma viga flexível simples. Ambos foram impressos com a impressora 3D composta Composer A4 da Anisoprint (Esch-sur-Alzette, Luxemburgo). “Estamos particularmente felizes com nossos novos sistemas Anisoprint, porque eles oferecem grande liberdade na escolha dos materiais de impressão, bem como o controle completo da deposição de fibras”, disse Guy Bex, engenheiro de pesquisa do Brightlands Materials Center. A liberdade no posicionamento da fibra também é crucial para a detecção, porque as fibras de carbono contínuas devem se projetar da peça para fazer conexões com o hardware eletrônico usado para monitoramento.

Resultados de impressão 3D mais precisos

Como a impressão 3D não requer ferramentas ou moldes, ela oferece um processo de uma etapa para produzir compostos contínuos reforçados com fibra de qualquer formato, substituindo as técnicas tradicionais de várias etapas que são mais complexas, demoradas e caras. No entanto, otimizar o processo de fabricação para estruturas impressas em 3D pode exigir várias iterações. Compostos impressos em 3D com autodetecção podem coletar informações sobre as circunstâncias reais de uso, importantes para a fase de projeto e protótipo de novos produtos.

Durante esses testes, a peça impressa em 3D com autodetecção registra as condições e forças reais experimentadas em serviço, o que dá aos projetistas e engenheiros uma compreensão mais precisa dos requisitos reais que as peças impressas devem suportar.

Tal detecção também pode permitir que as peças atuem como uma ferramenta de diagnóstico. Por exemplo, órteses com autodetecção impressas em 3D ou peças de próteses podem orientar os pacientes e fornecer informações valiosas aos médicos sobre distribuição de tensão e padrões de movimento.

Parceiros de pesquisa

Brightlands Materials Centre é um centro de pesquisa independente fundado pela Organização dos Países Baixos para pesquisa científica aplicada TNO (Haia) e a província de Limburg. Ele apóia a inovação na indústria com um forte foco de aplicação e oferece pesquisa e participação de contrato dedicado, incluindo um roteiro de pesquisa em compósitos autodetectados impressos em 3D.

A Anisoprint é um inventor da anisoprinting - a tecnologia para projeto e produção de estruturas compostas ideais por meio de deposição 3D de fibra contínua. A empresa fabrica impressoras 3D, materiais (baseados em fibras de carbono e basalto) e software para a produção de peças compostas anisimpressas para ajudar os cientistas a resolver problemas de pesquisa de maneiras novas e mais eficazes e para permitir que as empresas de manufatura reduzam seus custos.