Como a manufatura aditiva está melhorando a indústria aeroespacial

Desde os primeiros dias da manufatura aditiva, os fornecedores de hardware e materiais de impressão 3D identificaram a indústria aeroespacial como um alvo importante para seus produtos. Aeronaves, como sistemas altamente complexos com uma gama diversificada de peças, podem se beneficiar de desenvolvimentos de ponta em ferramentas e materiais de produção, especialmente aqueles que podem reduzir o peso ou aumentar a resistência dos componentes. Alguns processos de impressão 3D afirmam fazer as duas coisas.

Infelizmente, isso não significa que a indústria aeroespacial adotou a manufatura aditiva mais rapidamente do que outras indústrias. De fato, como as aeronaves e seus inúmeros componentes devem – por razões óbvias – passar pelos mais rigorosos procedimentos de certificação e teste, pode levar anos ou décadas para que um componente aeroespacial impresso em 3D passe do conceito à implementação. A tecnologia está lá, mas o conhecimento que vem de anos de testes e observação não está. Portanto, é muito mais fácil implementar a manufatura aditiva em indústrias de baixo risco, onde menos vidas estão em jogo.

Mas, embora a implementação de produtos aeroespaciais impressos em 3D possa ser lenta, as peças que fizeram o grau já estão tendo um grande impacto na indústria. De coisas simples, como paredes internas de cabine impressas em 3D, a peças absolutamente críticas, como componentes de motor de metal fabricados com aditivos, a AM está, sem dúvida, começando a decolar em uma das indústrias mais lucrativas e rápidas do mundo.

Este artigo descreve apenas algumas das maneiras pelas quais o AM é e será usado na indústria aeroespacial.

Otimização de peso leve e força

A manufatura aditiva e a manufatura subtrativa diferem de várias maneiras, e a escolha entre impressão 3D e alternativas tradicionais geralmente apresenta um dilema. No entanto, uma das principais diferenças entre as duas abordagens são suas respectivas habilidades para moldar a geometria interior de uma peça.

A impressão 3D é incrivelmente útil em indústrias como a aeroespacial porque permite que os engenheiros fabriquem componentes com interiores parcialmente ocos que utilizam padrões geométricos complexos para maximizar sua resistência interna sem adicionar peso. Como as impressoras 3D constroem peças “de baixo para cima”, elas podem ser usadas para criar estruturas semelhantes a treliças dentro de peças como componentes de motor de metal ou divisórias de cabine de plástico. Seria impossível fazer isso usando processos tradicionais como moldagem (porque o material líquido preenche toda a cavidade) ou usinagem (porque a ferramenta de corte não pode atingir o interior sem penetrar no exterior).

É difícil exagerar a importância dessas estruturas de treliça. Ao construir uma aeronave, cada grama de peso é um obstáculo à eficiência máxima, mas a impressão 3D permite reduzir significativamente a massa de um componente, construindo-o com um interior parcialmente oco e estruturado em treliça. Os fios de tecelagem da treliça podem ser organizados de maneira matematicamente otimizada para maximizar a resistência e reduzir o estresse, garantindo que a parte leve seja tão forte quanto - se não mais forte que - uma alternativa totalmente sólida. Mais importante, o espaço entre essas roscas é leve, o que significa que a massa total da peça é reduzida.

Existem muitos exemplos de empresas aeroespaciais usando impressão 3D para criar peças leves. Em 2011, pesquisadores do HRL Laboratories, de propriedade da Boeing, anunciaram o desenvolvimento de um metal que eles acreditavam ser o “material mais leve do mundo”, cuja densidade de apenas 0,9 mg/cc o tornava cerca de 100 vezes mais leve que o isopor. “O truque é fabricar uma treliça de tubos ocos interconectados com uma espessura de parede de 100 nanômetros, 1.000 vezes mais fina que um fio de cabelo humano”, explica Tobias Schaedler, um dos pesquisadores.

À medida que os pesquisadores continuam a explorar as possibilidades de estruturas treliçadas leves impressas em 3D, as empresas aeroespaciais se envolverão cada vez mais com a fabricação aditiva com o objetivo de otimizar a leveza e a resistência.

Protótipos e peças de reposição

Uma das maiores vantagens da manufatura aditiva – em qualquer setor – é sua capacidade de fabricar peças sob demanda e internamente. As impressoras 3D podem ser configuradas em qualquer lugar e podem operar amplamente de forma autônoma, o que significa que os prazos de entrega das peças impressas em 3D são muito curtos. Por causa disso, as empresas aeroespaciais podem fabricar rapidamente novas iterações de uma peça para testes imediatos, encurtando o processo de P&D e permitindo que as peças sejam concluídas mais cedo.

A prototipagem mais rápida é, portanto, um dos principais usos da manufatura aditiva na indústria aeroespacial, e os resultados foram comprovados:de acordo com a Stratasys, gigante da manufatura aditiva, o uso de impressão 3D interna para protótipos aeroespaciais pode resultar em economia de tempo de cerca de 43% quando comparado à moldagem por injeção e ferramentaria CNC e cerca de 75% quando comparado ao corte a laser 2D.

Outra área em que a indústria aeroespacial pode se beneficiar da manufatura aditiva é a manutenção de estoque. A aeronave comercial média é composta por cerca de 4 milhões de componentes, nem todos fabricados pelos mesmos fabricantes. Isso significa que os fornecedores de aeronaves precisam manter um grande estoque de peças de reposição caso um avião precise de reparos. Comprar essas peças de reposição tem um custo alto, assim como adquirir o imóvel para armazená-las todas.

As impressoras 3D podem fornecer uma solução incrivelmente útil nessa área. Ao manter uma impressora 3D no local, as empresas aeroespaciais podem – em vez de encher armazéns gigantes com milhões de peças de reposição caras – simplesmente manter uma biblioteca digital de peças de reposição em um formato imprimível como STL. Dessa forma, as empresas podem imprimir em 3D as peças apenas quando necessário. Essa tática de usar bibliotecas digitais de peças de reposição está sendo adotada gradualmente em muitos setores e levará décadas para ser implementada em grande escala, mas o setor aeroespacial pode ser um dos maiores beneficiários.

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