Revolucionando a Aeroespacial: Como a Manufatura Aditiva Aumenta Desempenho e Eficiência

Desde os primórdios da manufatura aditiva, 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 ambas as coisas.

Infelizmente, isso não significa que a aeroespacial tenha adotado a manufatura aditiva mais rápido que outras indústrias. Na verdade, como 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 vá do conceito à implementação. A tecnologia existe, mas o conhecimento que vem de anos de testes e observação não. É, portanto, 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 passaram no crivo já estão tendo um grande impacto na indústria. Desde coisas simples como paredes internas de cabine impressas em 3D, até peças absolutamente críticas como componentes de motor metálicos manufaturados aditivamente, a AM está indubitavelmente começando a decolar em uma das indústrias mais lucrativas e dinâmicas do mundo.

Este artigo descreve apenas algumas das maneiras pelas quais a AM é, e será, usada na indústria aeroespacial.

Leveza e Otimização de Resistência

A manufatura aditiva e a subtrativa diferem em muitos aspectos, e a escolha entre impressão 3D e alternativas tradicionais frequentemente apresenta um dilema. No entanto, uma das principais diferenças entre as duas abordagens é suas respectivas capacidades de moldar a geometria interna de uma peça.

A impressão 3D é incrivelmente útil em indústrias como a aeroespacial porque permite que 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 do tipo treliça dentro de peças como componentes de motor metálicos ou divisórias de cabine plásticas. 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 consegue alcançar o interior sem penetrar o exterior).

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

Há muitos exemplos de empresas aeroespaciais usando impressão 3D para criar peças leves. Em 2011, pesquisadores do HRL Laboratories, pertencente à Boeing, anunciaram o desenvolvimento de um metal que acreditavam ser o "material mais leve do mundo", com densidade de apenas 0,9 mg/cc, tornando-o cerca de 100 vezes mais leve que o isopor. "O segredo é fabricar uma treliça de tubos ocos interconectados com espessura de parede de 100 nanômetros, 1.000 vezes mais fina que um fio de cabelo humano", explicou Tobias Schaedler, um dos pesquisadores.

À medida que os pesquisadores continuam a explorar as possibilidades de estruturas de treliça leves impressas em 3D, as empresas aeroespaciais se envolverão cada vez mais com a manufatura aditiva para fins de leveza e otimização de resistência.

Protótipos e Peças de Reposição

Uma das maiores vantagens da manufatura aditiva — em qualquer indústria — é sua capacidade de produzir peças sob demanda e internamente. Impressoras 3D podem ser instaladas em qualquer lugar e operam de forma amplamente autônoma, o que significa que os prazos de entrega para peças impressas em 3D são muito curtos. Por isso, 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.

Prototipagem mais rápida é, portanto, um dos principais usos da manufatura aditiva na aeroespacial, e os resultados foram comprovados: segundo a gigante da manufatura aditiva Stratasys, o uso de impressão 3D interna para protótipos aeroespaciais pode resultar em economia de tempo de cerca de 43% em comparação com moldagem por injeção e usinagem CNC e cerca de 75% em comparação com corte a laser 2D.

Outra área em que a 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 enorme estoque de peças de reposição caso um avião precise de reparo. Comprar essas peças de reposição tem um custo alto, assim como adquirir o imóvel para armazená-las todas.

Impressoras 3D podem fornecer uma solução incrivelmente útil nessa área. Mantendo uma impressora 3D no local, as empresas aeroespaciais podem — em vez de encher galpões gigantes com milhões de peças de reposição caras — simplesmente manter uma biblioteca digital de peças de reposição em formato imprimível, como STL. Dessa forma, as empresas podem imprimir as peças em 3D apenas quando necessário. Essa tática de usar bibliotecas digitais de peças de reposição está sendo gradualmente adotada em muitas indústrias e levará décadas para ser implementada em grande escala, mas a aeroespacial poderia ser uma das maiores beneficiárias.

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