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ORNL

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Nos esforços para promover a fabricação aditiva, uma equipe de pesquisadores, juntamente com contribuições da NASA, imprimiu em 3D uma roda idêntica a um design usado pela agência espacial para seu rover lunar robótico. O processo destaca como a tecnologia pode ser usada para peças especializadas necessárias para a exploração espacial.

Para a equipe do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia, as rodas leves do Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) serviram de inspiração para seu design. A NASA espera usar um robô móvel em 2024 para pesquisar gelo e outros possíveis recursos perto do pólo sul da Lua.

Embora a roda não seja usada no próprio rover, o desempenho da roda impressa será avaliado pela NASA em comparação com uma roda construída convencionalmente que será usada na Lua no próximo ano.

Embora permita a complexidade do projeto e a personalização das características do material, a impressão aditiva pode reduzir o consumo de energia, o desperdício de material e os prazos de entrega.

O Centro de Demonstração de Fabricação (MDF) situado no ORNL, que imprimiu a roda em 3D, vem desenvolvendo a tecnologia há mais de dez anos para uma variedade de usos nas indústrias industrial, de transporte e de energia limpa.

No que diz respeito ao processo de produção, incluiu lasers sincronizados, uma placa de construção giratória e uma impressora 3D personalizada, que foram utilizadas para derreter com precisão o pó metálico na forma desejada. Os sistemas padrão de leito de pó metálico funcionam nas seguintes etapas: Eles espalham uma camada de pó sobre uma placa fixa em uma máquina do tamanho de um gabinete. Uma camada é então derretida seletivamente por um laser antes que a placa seja suavemente abaixada e o procedimento seja repetido.

De acordo com Peter Wang, que supervisiona o desenvolvimento de MDF de novos sistemas de fusão a laser em leito de pó, a impressora usada para o protótipo da roda móvel é grande o suficiente para uma pessoa entrar e é excepcional em sua capacidade de imprimir itens substanciais enquanto os estágios ocorrem simultaneamente e constantemente. O que também foi fundamental foi “o software desenvolvido na ORNL para “dividir” o design da roda em camadas verticais e, em seguida, equilibrar a carga de trabalho entre os dois lasers para imprimir uniformemente, alcançando uma alta taxa de produção”, disse um comunicado da ORNL.

A equipe afirma que esse processo aumentou a taxa de produção, ajudando a deposição a ocorrer 50% mais rápido. "Estamos apenas arranhando a superfície do que o sistema pode fazer. Eu realmente acho que este será o futuro da impressão a laser em pó, especialmente em larga escala e na produção em massa", disse Wang.

Um estudo sobre seu trabalho com manufatura aditiva foi publicado na revista Mary Ann Liebert.

As dimensões da roda impressa em 3D eram de cerca de 20 centímetros de largura e 20 centímetros de circunferência e eram feitas de uma liga à base de níquel. Segundo a equipe, a tecnologia de impressão aditiva utilizada demonstrou a capacidade de imprimir detalhes geométricos finos em uma grande área de trabalho, permitindo complexidade no design do aro sem aumentar custos ou complicar a fabricação.

As quatro rodas VIPER serão usadas no próximo ano; em contrapartida, precisavam de vários procedimentos de fabricação e etapas de montagem. O aro da roda de 50 peças do VIPER é unido em 360 pontos por rebites. Os exigentes requisitos da missão exigiam um procedimento de produção sofisticado e trabalhoso.

Em contraste, os futuros rovers poderão, em vez disso, empregar um único aro de roda impresso, que levou apenas 40 horas para o ORNL criar, se os testes da NASA demonstrarem que o protótipo impresso em 3D é tão durável quanto as rodas construídas tradicionalmente.

Os pesquisadores disseram que o processo de fabricação aditiva permitiu que especialistas da ORNL e da NASA investigassem a impressão de elementos de design precisos, incluindo paredes laterais angulares, formato abobadado e piso ondulado, a fim de aumentar a rigidez da roda. Utilizando técnicas de fabrico convencionais, é impossível incluir estas características no actual desenho da roda VIPER. Apesar de permitir uma roda com um padrão de raios mais complexo e recursos de travamento de raios, a impressão 3D tornou o design da roda mais simples, barato e fácil de montar.