Uma equipe de pesquisadores do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos, está trabalhando no uso de impressoras 3D para a confecção de componentes de materiais compósitos voltados para aeronaves não-tripuladas multirrotor, conhecidos como drones.
“As impressoras 3D mais comuns imprimem com um só tipo de material, em geral os polímeros PLA (ácido polilático) ou ABS (acrilonitrila butadieno estireno), dois materiais de responsabilidades mecânicas mais baixas em comparação a materiais de engenharia tradicionais, como o alumínio”, explica Rafael Thiago Luiz Ferreira, professor da Divisão de Engenharia Mecânica do ITA.
Os materiais de impressão, no entanto, têm evoluído e, atualmente, já estão disponíveis no mercado impressoras 3D que imprimem materiais com “responsabilidade mecânica maior”, como ele diz, combinando, por exemplo, nylon com materiais compósitos de fibras de carbono, vidro e Kevlar (poliparafenileno de tereftalamida, uma poliamida sintetizada pela primeira vez em 1965 pela DuPont).
Esse tipo de impressoras 3D mistura dois materiais num componente impresso: um deles, em geral, mais rígido, e o outro mais flexível. Estas misturas estão sendo estudadas para uso em drones. “Importamos uma impressora 3D no âmbito de um projeto financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e estamos agora desenvolvendo componentes otimizados em vistas da distribuição dos materiais impressos”, afirma Rafael. O desafio é combinar materiais nas proporções adequadas para responder a especificações de projeto dos componentes das aeronaves.
O projeto está em curso, mas o grupo já obteve diversas peças impressas, algumas sem a utilização do compósito mais rígido, outras com o reforço de fibras de carbono – que têm a propriedade de aumentar a resistência do material sem, no entanto, aumentar seu peso –, todas compatíveis com as demandas do projeto. “Os resultados foram bastante positivos”, adianta Rafael.
A principal vantagem do uso da impressora 3D para fabricação de peças para drones ou Veículos Aéreos não Tripulados (VANTs) em geral, está mais na flexibilidade de produção do que exatamente em seu custo. “Se pensarmos em uma produção em larga escala desse tipo de aeronave, ainda é mais barato utilizar técnicas de produção convencionais como, por exemplo, por meio de moldes de injeção. Mas, quando se trata de produção de pequeno volume e com demanda por variações, essa estratégia tem impacto positivo nos custos totais de produção”, ele explica.
O próximo passo da pesquisa é desenvolver componentes e peças com outros materiais compósitos. “O reforço de fibra rígida utilizado na primeira fase já é material compósito. Trata-se de um termoplástico reforçado com fibra de carbono. Queremos agora testar também novos materiais e seus arranjos. Em breve, vamos imprimir uma aeronave completa com base nestes estudos”, afirma Rafael.
Os primeiros resultados foram obtidos no âmbito de um trabalho de graduação do aluno Paulo Arthur Costa de Freitas (ITA Turma 2015), desenvolvido sob a orientação de Rafael. “Foi uma primeira utilização da impressora 3D para o projeto e produção de materiais compósitos”, ele sublinha. No futuro, a expectativa é alcançar distribuições de materiais mais complexos, que melhor respondam a especificações de projeto. “Dois projetos de doutorado relacionados estão prestes a iniciar e certamente encontraremos mais aplicações”, adianta Rafael.
Noutra linha de investigação, o grupo da Divisão de Engenharia Mecânica trabalha na customização de equipamentos para a confecção dos compósitos para drones, utilizando, para tanto, uma impressora 3D open source, que tem componentes mecânicos e eletrônicos padronizados. “Estamos adaptando uma impressora para a impressão de compósitos utilizando kits adquiridos no mercado”, ele afirma. O novo projeto, ainda em fase inicial, está sendo desenvolvido com o apoio do projeto T61,uma iniciativa de crowfunding – financiamento coletivo - liderada por seis ex-alunos do ITA, formados em 1961, para patrocinar projetos e iniciativas de alunos e professores do Instituto.