Argumentos para uma alternativa AM: o que é velho voltou a ser novo

Em 2018, a gigante aeroespacial Lockheed Martin Corp. foi notícia ao anunciar que havia concluído um tanque de combustível de alta pressão de 46 "(1,16 m) de diâmetro composto por duas tampas em forma de cúpula impressas em 3D soldadas a um tubo tubular fabricado tradicionalmente navio, todo feito de titânio. A decisão de imprimir as cúpulas supostamente reduziu o tempo de entrega de dois anos para apenas três meses.

A Lockheed está longe de estar sozinha. A Launcher Inc. imprime rotineiramente tanques, câmaras de combustão e outros componentes de foguetes, alguns de uma liga proprietária de cobre, cromo e zircônio. A SpaceX imprime peças em 3D de materiais igualmente desafiadores para seu motor Raptor, enquanto NASA, Rocket Lab, Orbex e Ursa Major usam manufatura aditiva de metal (AM) para produzir tudo, desde cones de nariz até bicos de motor. Em março deste ano, a Relativity Space superou todos eles ao enviar ao espaço o primeiro foguete inteiramente impresso em 3D.

Todos citam custos de fabricação mais baixos, menor número de peças e a capacidade de iterar rapidamente como os principais motivadores para sua decisão de adotar a AM. A tecnologia não existia quando os Estados Unidos lançaram o seu primeiro vaivém espacial e estava a tornar-se popular na última missão.

Parece que a indústria aeroespacial (entre outras) está enlouquecendo com o metal AM. E por um bom motivo. Com investimento mínimo em ferramentas e liberdade de projeto praticamente ilimitada, este relativamente novo na indústria de manufatura está provando ser uma alternativa formidável e flexível aos processos tradicionais, como usinagem, fundição e moldagem por injeção de metal.

Mas não é o único jogo industrial da cidade. Longe disso. Na verdade, argumentarei que se a Lockheed Martin tivesse usado um processo diferente e muito mais maduro, os componentes teriam apresentado melhores propriedades metalúrgicas do que aquelas obtidas com a impressão 3D, e a montagem final teria precisado de uma junta soldada a menos. Embora houvesse algumas despesas com ferramentas e um tempo de espera mais longo para o desenvolvimento do processo com esta abordagem alternativa, ambos seriam mínimos.

O que é esse processo milagroso? Alguns podem conhecê-la como “fiação”, uma tecnologia metalúrgica empregada há milhares de anos pelos antigos egípcios. Naquela época, um disco de metal era colocado sobre um mandril giratório de madeira e a pressão era aplicada usando uma “pá” ou ferramenta semelhante, forçando gradualmente a peça a tomar a forma do mandril. O resultado, pelo menos naqueles tempos passados, eram tigelas, vasos e objetos ornamentais fortes e consistentemente formados.

Esse processo básico ainda está em uso, embora, como tudo na fabricação, a fiação avançada seja agora realizada em equipamentos controlados por computador. E embora os mandris ainda sejam usados ​​em muitos casos, eles agora são feitos de aço usinado em torno CNC. Também é possível eliminar o mandril traçando as superfícies internas e externas de geometrias muito complexas com uma série de rolos de aço endurecido - não muito diferente de usar os dedos e uma roda de oleiro para transformar um pedaço de argila em um lindo vaso.

Quando combinado com aplicação precisa de calor, monitoramento eletrônico de força e software CAM avançado, o termo mais preciso para o que hoje é uma tecnologia de usinagem de metal muito madura e altamente previsível é simplesmente este: conformação por fluxo, também conhecida como fiação ou formação por rotação.

Existem muitos sabores. Formação de fluxo de cone, formação de cisalhamento, fiação de cisalhamento, formação de fluxo de tubo, formação de fluxo de forja - estes são alguns dos termos usados ​​para diferenciar as técnicas usadas para “fluir” um disco de chapa metálica, placa cortada por chama ou peça bruta forjada em um objeto cilíndrico, oco, normalmente de paredes finas, variando em tamanho de uma polegada ou mais de diâmetro até vários metros em cada direção, com alta precisão dimensional, excelente qualidade de superfície e propriedades mecânicas robustas.

Existem muitas técnicas e muitos nomes, mas por enquanto vamos agrupá-los todos sob o termo genérico “conformação avançada de metal”. É um processo rápido e sem lascas usado para produzir todos os tipos de tubos, cones, revestimentos, cilindros e muito mais - muitos deles fechados em uma extremidade - a partir de uma variedade de materiais, cada um ostentando os atributos descritos, e entregue rapidamente e de forma econômica.