Estruturas Isogrid Compósitos Avançadas Criadas com Tecnologia de Deposição de Ponta

O construtor de máquinas COMEC (Chieti, Itália), com o apoio da organização de P&D em compósitos CETMA (Brindisi, Itália), construiu estruturas isogrid compósitos usando uma tecnologia inovadora de deposição. Isso foi desenvolvido dentro do projeto de pesquisa titulado "Estudo de soluções inovadoras de produto e processo baseadas no uso industrial de materiais avançados" financiado pela região de Abruzzo da Itália como parte do programa "POR FESR Abruzzo 2014-2020".

Estruturas Isogrid

Estruturas isogrid são usadas em uma variedade de aplicações e configurações. Estas estruturas tipicamente consistem em uma pele externa fina integralmente conectada a uma grade de reforço. A repetição de elementos de reforço permite uma distribuição eficiente de cargas, tornando-a menos sensível a danos devido a impacto, delaminação e propagação de defeitos. Quando a grade tem padrão triangular, tem comportamento mecânico similar ao de um material isotrópico. O design de uma estrutura isogrid requer um molde híbrido consistindo de uma parte externa de alumínio e um molde interno de Teflon tendo a impressão da estrutura isogrid sobre a qual realizar a deposição dos materiais towpreg ainda não consolidados. O molde híbrido é necessário para ter uma compactação ótima do layup de towpreg — explorando o diferente coeficiente de expansão térmica (CTE) do Teflon, enquanto ao mesmo tempo oferece uma estrutura de contenção externa rígida de alumínio.

Tecnologia de Deposição

A tecnologia de deposição, desenvolvida pela COMEC, é composta principalmente de dois elementos, um robô de seis eixos e cabeça de deposição de towpreg. A solução envolve o uso de um robô antropomórfico com seis graus de liberdade, três atribuídos ao braço para operações de posicionamento da cabeça de deposição conectada ao pulso e três atribuídos ao próprio pulso para orientação da cabeça. A solução tecnológica proposta para a cabeça de deposição insere tow seco, que é então impregnado com resina através de um sistema in-line. A impregnação ocorre dentro da cabeça de deposição, integrando uma unidade que permite que as fibras sejam molhadas com a resina in-situ. O sistema de impregnação in-line reduz custos — o produto semi-acabado custa mais que o reforço seco usado aqui, e também requer armazenamento congelado/frio, não requerido por materiais de fibra seca.

O terminal da cabeça de deposição é a última área pela qual o tow passa antes da deposição. O tow saindo do olho de deposição é impregnado e depositado na superfície do molde híbrido isogrid. Para garantir boa compactação das camadas compósitos, um rolo é usado para exercer pressão apropriada no tow recém-impregnado e posicionado.

Consolidação e Resultados

Após a deposição das camadas de towpreg no molde de Teflon, o CETMA realizou o processo de consolidação, usando o molde de alumínio externo em uma prensa quente. O ciclo de polimerização depende da resina usada para o towpreg. Neste caso, a resina é epóxi e a polimerização completa precisa de temperatura de 120°C.

Estruturas isogrid feitas usando compósitos representam uma alternativa potencialmente atraente a estruturas sanduíche usadas em ambientes hostis. Sua configuração flexível permite aplicações de alto desempenho em uma variedade de indústrias. Graças à versatilidade da máquina de impregnação desenvolvida pela COMEC, que pode ser usada com praticamente qualquer combinação fibra/matriz, estruturas isogrid com diferentes materiais compósitos podem ser prontamente produzidas.

O CETMA teve prazer em apoiar este desenvolvimento, e a equipe de P&D da COMEC valorizou as contribuições do CETMA para este projeto: "A colaboração com o CETMA permitiu o crescimento do know-how e a consolidação de uma parceria cada vez mais forte voltada para a inovação."