O Instituto Fraunhofer de Máquinas-ferramenta e Tecnologia de Conformação (IWU) está direcionando boa parte de seu esforço de pesquisa para a utilização da técnica de manufatura aditiva (impressão 3D) por fusão em leito de pó (laser powder bed fusion, LPBF) na fabricação de itens que, além de serem compostos com materiais especiais, possuem geometria capaz de incorporar funções. Dentre os produtos finais que já resultaram da iniciativa estão implantes médicos de alta qualidade, trocadores de calor ultrafinos e altamente eficientes que utilizam calor residual e porta-rodas de alumínio altamente duráveis.

 

Além de integrar funções, o processo LPBF de impressão 3D permite fabricar produtos sofisticados a um custo razoável em pequenas e médias quantidades, sem cadeias de abastecimento ou de processo complexas. As duas opções para alcançar a integração funcional são a incorporação de sensores e atuadores, ou o processamento dos chamados materiais funcionais.

 

Implantes individualizados

 

Atentos às necessidade da área médica, os pesquisadores do Fraunhofer IWU desenvolveram implantes com estruturas delicadas, como stents (foto), que mantêm abertos os vasos sanguíneos obstruídos, especialmente ao redor do coração ou no cérebro. A fabricação de stents no processo LPBF minimiza o desperdício: os espaços entre as treliças não são impressos e a técnica de impressão permite a produção de itens com diferentes geometrias, e até mesmo individualizados, no mesmo lote.

 

No processo LPBF, o pó metálico é aplicado em várias camadas, com o laser fundindo o material precisamente onde o componente será formado. A forma como o laser se move sobre o material em pó é determinada pela estratégia de exposição. Quando se trata de stents, o objetivo é imprimir hastes que descrevam um círculo ou elipse em seção transversal, dependendo de sua orientação.

 

Trocadores de calor mais eficazes

 

Os trocadores de calor são essenciais para a transferência direcionada de energia térmica de um meio para outro. Os processos de fabricação aditiva permitem obter superfícies de paredes finas e grandes, além de curvas para transferência de calor que só são realizáveis com total liberdade de design por meio deste processo.

 

 

 

Porta-rodas impressos

 

O projeto alemão Campus FreeCity, para criação de uma frota em rede de veículos robóticos modulares, está desenvolvendo o EDAG CityBot, um veículo robótico multifuncional composto por uma unidade tratora e módulos adicionais variáveis. Após uma fase de testes, está previsto especialmente para transporte de passageiros ou tarefas de limpeza. Em colaboração com o Fraunhofer IWU e a Constellium, o Grupo EDAG elaborou uma cadeia de processos simplificada que inclui desde o rápido desenvolvimento de componentes até a seleção de processos e materiais de fabricação adequados, com uma abordagem de engenharia automatizada.

 

Um exemplo é o componente personalizado que conecta a roda ao chassi e aos motores. O uso do LPBF, em combinação com a liga de alumínio Constellium Aheadd CP1, apresentou o melhor resultado sob o ponto de vista econômico e tecnológico, com vantagens em termos de processabilidade, velocidade de produção e propriedades mecânicas do produto. Os pesquisadores do Fraunhofer IWU desenvolveram posteriormente os parâmetros do processo LPBF para uma impressora industrial padrão. Em breve, o CityBot passará por testes práticos no Deutsche Bank Park em Frankfurt.

 

Imagens: Fraunhofer IWU

 

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