Peças Compósitas Impressas em 3D Permitem Autodetecção de Danos para Aeroespacial e Construção

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

O que é autodetecção?

Autodetecção é a capacidade de um material atuar como sensor e coletar informações sobre sua própria condição. Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de carbono já são estabelecidos como fornecendo capacidades de autodetecção baseadas em mudanças mensuráveis na resistência elétrica das fibras contínuas. Tais materiais estão sendo desenvolvidos e demonstrados para monitoramento de saúde estrutural (SHM) em aplicações aeronáuticas e de construção, incluindo pontes e edifícios.

Tradicionalmente, tais materiais compósitos de autodetecção foram fabricados usando técnicas que envolvem múltiplos estágios, operações mais complexas e equipamentos especiais. O Brightlands Materials Center está combinando a autodetecção de fibra de carbono contínua com fabricação usando manufatura aditiva para tornar aplicações SHM mais custo-efetivas, permitindo uso mais amplo e expansão para novas aplicações.

Impressão 3D de fibra contínua abre novos horizontes

A manufatura aditiva permite posicionamento e orientação muito precisos de 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 de caminhos de carga especificados, formando parte integral da estrutura. Isso significa que as fibras de carbono estão localizadas onde são necessárias para atuar como "sensores" para monitorar a estrutura e múltiplas fibras podem formar uma gama de sensores por toda a peça.

O Brightlands Materials Center demonstrou este conceito monitorando deformação em um modelo em escala de uma ponte de pedestres compósita e em uma viga de flexão simples. Ambos foram impressos com a impressora 3D compósita Anisoprint (Esch-sur-Alzette, Luxemburgo) Composer A4. "Estamos particularmente felizes com nossos novos sistemas Anisoprint, porque eles oferecem tanta liberdade na escolha de materiais de impressão quanto controle completo da deposição de fibra", diz Guy Bex, engenheiro de pesquisa no Brightlands Materials Center. A liberdade no posicionamento de fibra também é crucial para a detecção porque as fibras de carbono contínuas devem protruir 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, oferece um processo de uma etapa para produzir compósitos reforçados com fibra contínua de qualquer forma, substituindo técnicas tradicionais de múltiplos estágios que são mais complexas, demoradas e caras. No entanto, otimizar o processo de fabricação para estruturas impressas em 3D pode requerer várias iterações. Compósitos impressos em 3D que são de autodetecção podem coletar informações sobre suas circunstâncias reais de uso, importante para a fase de design e protótipo de novos produtos.

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

Tal detecção também pode permitir que peças atuem como ferramenta de diagnóstico. Por exemplo, peças de órtese ou prótese impressas em 3D com autodetecção podem guiar pacientes e fornecer informações valiosas a médicos sobre distribuição de tensão e padrões de movimento.

Parceiros de pesquisa

O Brightlands Materials Center é um centro de pesquisa independente fundado pela Netherlands Organisation for applied scientific research TNO (Haia) e pela província de Limburg. Apoia inovação na indústria com forte foco em aplicação e oferece pesquisa contratada dedicada e participação, incluindo um roteiro de pesquisa sobre compósitos de autodetecção impressos em 3D.

A Anisoprint é inventora da anisoprinting — a tecnologia para design e produção de estruturas compósitas ótimas através de deposição 3D de fibra contínua. A empresa fabrica impressoras 3D, materiais (baseados em fibras de carbono e basalto) e software para produzir peças compósitas anisoprintadas para ajudar cientistas a resolver problemas de pesquisa de novas maneiras mais eficazes e permitir que empresas de manufatura reduzam seus custos.