Impressão 3D contínua de fibra por capilaridade: avanço de pesquisadores da Universidade de Delaware

Nova pesquisa em impressão 3D de fibra contínua mostra potencial para peças compósitas manufaturadas aditivamente para uma gama de indústrias — incluindo espaço. Publicada no jornal acadêmico Matter, pesquisadores do Center for Composite Materials (CCM) da Universidade de Delaware (Newark, Delaware, EUA) introduziram recentemente um método em escala de laboratório para impressão 3D de fibra contínua que incorpora robótica e um sistema de cura térmica in situ baseado em capilaridade para peças compósitas de fibra de carbono manufaturadas aditivamente rápidas usando resinas termofixas de alta temperatura.

"Chamamos de impressão 3D em uma etapa", diz o Dr. Kun Fu, professor assistente na Universidade de Delaware e autor do estudo. Chamado de método de impressão 3D de assistência térmica localizada no plano (LITA), o sistema compreende um cabeçote de impressão tudo-em-um montado em um braço robótico que inclui fibra de carbono dispensada de um carretel, uma barra guia, um bico de resina líquida e um aquecedor elétrico. À medida que a fibra é colocada na superfície da peça, resina líquida é pulverizada sobre as fibras e é imediatamente seguida pelo aquecedor, que, explica Fu, auxilia tanto na infusão quanto na cura da peça. Fu adiciona que o processo de aquecimento reduz a viscosidade da resina em temperatura ambiente, ajudando-a a infundir nas fibras sem necessidade de vácuo ao longo de capilares, ou espaços em forma de tubo, entre as fibras. Dependendo das necessidades e tamanho da peça sendo fabricada, Fu diz, a temperatura do aquecedor pode ser aumentada ou reduzida para controlar a viscosidade da resina.

Capacidades e escalabilidade

Este método supostamente permite molhagem e cura quase simultâneas de fibras contínuas com resinas termofixas, com potencial para produzir rapidamente componentes compósitos 3D com geometrias complexas e as altas propriedades mecânicas que vêm de fibras contínuas e termofixos de alta temperatura. Os pesquisadores também demonstraram que o sistema pode ser usado para impressão horizontal e vertical, diz Fu, e em superfícies planas ou curvas, adicionando à flexibilidade do sistema.

"A técnica tem sido muito promissora até agora", diz Fu, "e, até onde sabemos, somos os primeiros a publicar uma técnica como esta." Segundo Fu, os pesquisadores estão no processo de obter uma patente para a tecnologia.

Além disso, a Universidade de Delaware e a parceira KAI (Dallas, Texas, EUA) receberam recentemente uma bolsa da NASA para usar o método de impressão 3D LITA para fabricação de componentes compósitos reforçados com fibra de carbono contínua para sistemas de proteção térmica em espaçonaves e sistemas de pouso da NASA. Fu diz que o sistema de impressão 3D LITA foi escolhido por sua capacidade de imprimir com resinas de alta temperatura.

Atualmente, a tecnologia só foi demonstrada em pequena escala — fibras de carbono 3K foram usadas para o estudo — mas Fu diz que a equipe está trabalhando para escalar o sistema robótico para permitir uso de tows de fibra de carbono mais largos para componentes maiores. Os pesquisadores estão atualmente procurando empresas interessadas em colaborar na escala e subsequente comercialização da tecnologia.

Para acessar o artigo do Matter, vá para www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.