Instituto de Estudos Avançados (IEAv) substituiu usinagem tradicional por manufatura aditiva (impressão 3D) para fabricar subsistemas de um motor scramjet
São Paulo, Brasil — A Divisão de Aerotermodinâmica de Hipersônica (EAH) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), organização militar científico-tecnológica ligada ao Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) do Comando da Aeronáutica, começou a utilizar uma impressora 3D Fortus 900mc, da Stratasys, para fabricar modelos de laboratório de motores aeronáuticos hipersônicos, conhecidos como scramjet (abreviação de supersonic combustion ramjet). A impressão 3D dos modelos do motor já trouxe uma economia de RS$ 250 mil ao ano nos custos de fabricação.
“O IEAv decidiu apostar numa manufatura “híbrida” para desenvolver o motor, por meio da combinação de processos de usinagem convencional e de fabricação aditiva”, explica Israel Rêgo, Chefe da Subdivisão de Ensaios em Solo da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv. O objetivo, afirma, é otimizar o ciclo de pesquisa e desenvolvimento, e também acelerar eventuais atualizações e adaptações, bem como reduzir os custos de manufatura.
“Em um primeiro momento, o motor scramjet poderá ser utilizado como estágio de propulsão aspirado de foguetes rumo ao espaço. Em um período de tempo maior, ele terá aplicações na propulsão de aeronaves civis ou militares hipervelozes”, diz Israel.
Atualmente, o Instituto utiliza a impressora 3D para produzir três subsistemas do motor scramjet para ensaios em túnel de vento hipersônico: i. O estágio de compressão que captura o ar atmosférico para o combustor; ii. O próprio combustor, dentro do qual ocorre a combustão supersônica, que estão sendo impressos em 3D, com o uso da resina ULTEN 9085, de elevada resistência e durabilidade mecânica e térmica; e iii. A tubeira de aceleração dos produtos da reação de combustão, que está sendo impressa em 3D com a utilização do material PC-ABS, de resistência e durabilidade moderada.
Já em 2019, o IEAv utilizará a manufatura aditiva para fabricar um modelo de engenharia do motor scramjet, funcional e em escala real. “É um antecessor do modelo utilizado para a qualificação de voo, o chamado protoflight. Sua impressão em 3D vai nos possibilitar rever planos de fabricação e montagem dos subsistemas do motor e validar a funcionalidade de suas partes móveis (bypass), de modo ágil e econômico”, diz Israel.
A impressora 3D Fortus 900mc foi importada pelo IEAv em dezembro de 2015, com o apoio da FINEP, e seu emprego na fabricação aditiva dos subsistemas do motor scramjet começou em fevereiro de 2016. “Ela foi escolhida porque, além das vantagens associadas à economia de tempo e redução de custos, possui o maior envelope de impressão disponível no mercado, o que satisfaz nossos requisitos de fabricação rápida de subsistemas do motor scramjet em escala real”, detalha Israel.
Ele conta que a ideia de utilizar a tecnologia de manufatura aditiva no IEAv surgiu em 2013, durante a Feira Internacional de Máquinas-Ferramenta e Sistemas Integrados de Manufatura (FEIMAFE). “Ali, logo identificamos a grande vantagem competitiva da tecnologia de prototipagem 3D para nossa atividade de pesquisa e desenvolvimento aqui na EAH”, explica Israel. Dois anos depois, o Instituto, com apoio da FINEP, importou o equipamento a um custo de cerca de US$ 400 mil. “Desde então, economizamos os custos da usinagem convencional realizada por terceiros, serviço que foi substituído por nossa impressora 3D”.
O sucesso do trabalho com a impressora 3D Fortus 900mc levou o IEAv a apresentar o artigo “Preliminary Studies on Hypersonic Flows Over 3D Printed Models” durante o Fórum de Aeronáutica e Espaço, realizado pelo American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) em Orlando, Estados Unidos, em setembro deste ano. O objetivo da apresentação foi mostrar como o Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv tem utilizado a tecnologia FDM para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias hipersônicas. A equipe do IEAv apresentou processos de fabricação de sistemas hipersônicos com o uso da impressora 3D Fortus 900mc.
“A manufatura aditiva está revolucionando as indústrias aeronáutica e de defesa, e essa revolução já está no Brasil. Ficamos satisfeitos por nossa solução impulsionar e facilitar a pesquisa e o desenvolvimento de projetos avançados como este em território nacional, afirma Anderson Soares, Territory Manager da Stratasys no Brasil.
Só para esclarecer, a manufatura aditiva é muito rápida e economiza muito material o que torna o processo de desenvolvimento de protótipos mais econômico e poupa tempo.
Mas no nível atual da tecnologia, principalmente num projeto crítico em tantos aspectos de funcionamento em alta altitude, velocidade, pressão, resistência, temperatura e etc, as peças feitas por manufatura aditiva só podem ser usadas em alguns subsistemas e somente num regime de protótipo ou de teste conceitual de engenharia.
As peças manufaturadas por fabricação aditiva são por fundamento mais frágeis que as peças manufaturadas por usinagem e dificilmente serão usadas no protótipo final ou nas aeronaves de produção por sua fragilidade inerente.
Entretanto conforme a tecnologia de fabricação aditiva evoluir ela poderá ser usada cada vez mais na obtenção de spare parts temporários que poderão ser usados com segurança por períodos crescentemente maiores.
O uso na fase de desenvolvimento de engenharia pode acelerar muito o processo, mas é ainda duvidoso que no objeto final de desenvolvimento spare parts críticos sejam produzidos por fabricação aditiva.
Mas a iniciativa de usar o recurso no desenvolvimento é criativa, ousada e pode acelerar o desenvolvimento da tecnologia de voo hipersônica brasileira…
P.S. A Stratasys sendo uma empresa americana com sede em Minessota, com a exposição do IEAv em Orlando do uso num projeto militar brasileiro, nos EUA, desta printer 3D EU tenho sérias dúvidas se o Pentágono não interferirá em autorizações de futuras importações deste tipo de equipamento.
Em breve veremos, por enquanto é só minha paranóia anti-yankee dando o ar de sua graça…
Mas como dizem outros aí os americanus não di tudo malvadu…
O Brasil declarou sua independência a 196 anos e a China a 69 anos. A china é a 2ª maior economia do mundo e nós? O espirito de inferioridade persiste na maioria dos que chegam ao poder.
o que isso tem a ver com a matéria?
apenas faça um comentário proveitoso sobre a tecnologia que está sendo desenvolvido. Isso não é site politico.
Agora tenho uma duvida.
A FAB vende suas antigas caças e agora esta produzindo o proprio motor. É a relação misteriosa de nova caça J-20 da China com EUA.
Esta me deixando preocupado porque todos estao querendo uma condição militar mais forte. Não que isso seja ruim, mas esta me preocupando.
Resposta muito simples!
Todo país que cresce, sem exceção, começa com uma condição militar mais forte. A soberania e a ordem é que levam ao progresso.
Muito bom, a notícia boa é que o projeto não está parado.
A parte “menos boa” é que estamos falando ainda do modelo para o túnel de vento.
Esse motor é para a FAB o que o reator nuclear era para MB na década de 70. Se mantiverem as pesquisas com resiliência um dia sai.
Muito bom! Manufatura “aditiva” difere da “destrutiva” no sentido de que não resulta em material sobressalente, resultante da usinagem da peça (CNC por exemplo). Em impressão 3D, filamentos são transformados em peças praticamente sem perda de material (exceto eventuais suportes etc), por meio do derretimento do filamento. Dando uma olhada no modelo, a parte impressa em 3D é aquela em material PC-ABS. O que mais espanta mesmo é o fato de que esse ABS suporta tanto calor assim. Um ABS convencional derrete a 220 graus celsius.
É um modelo para túnel de vento. Acredito que eles estão testando apenas a aerodinâmica. Não deve esquentar os componentes ainda.