Principais materiais de impressão 3D para prototipagem funcional no sector aeroespacial

A indústria aeroespacial exige a construção de componentes que devem cumprir normas rigorosas, mantendo o peso leve e proporcionando um desempenho excecional em condições extremas de carga térmica e mecânica. O desenvolvimento de materiais de impressão 3D surgiu como um elemento vital que permite a criação de protótipos operacionais económicos e bem sucedidos. O domínio dos processos de conceção e fabrico aeroespaciais atingiu uma nova fase graças ao fabrico aditivo, que permite às empresas testar os seus produtos aerodinâmicos e avaliar a sua resistência estrutural

A impressão 3D industrial atingiu novos patamares através da criação de novos e poderosos polímeros e ligas metálicas que os engenheiros utilizam atualmente para fins de design aeroespacial. Selecione os materiais certos para o seu projeto porque os materiais utilizados no seu projeto determinarão o desempenho dos seus protótipos em diferentes condições de teste. O blogue examina três materiais essenciais para a impressão 3D aeroespacial que os profissionais da indústria da aviação utilizam para os seus testes operacionais e explica o que torna estes materiais excepcionais.

Porque é que a seleção de materiais é importante na prototipagem aeroespacial

Os protótipos funcionais aeroespaciais utilizam métodos de teste mais avançados do que os modelos visuais. Os sistemas têm de suportar o stress mecânico e a vibração, bem como as condições térmicas e a exposição a produtos químicos no seu processo de teste. Os materiais de impressão 3D corretos para aplicações aeroespaciais ajudam os fabricantes a criar peças de turbina e suportes leves, porque proporcionam.

• O material apresenta uma elevada relação resistência/peso

• O material proporciona isolamento térmico

• O material mantém a sua forma original

• O material pode suportar vários ciclos de tensão sem falhar

• O material cumpre todos os requisitos estabelecidos pelas normas aeroespaciais

O processo de impressão 3D para protótipos aeroespaciais necessita de uma seleção adequada do material, uma vez que determina a precisão e a fiabilidade do sistema, o que leva à redução das alterações ao design e a processos mais rápidos de teste do produto.

1. PEEK (Poliéter Éter Cetona)

O material termoplástico PEEK funciona como um termoplástico avançado de alto desempenho que os engenheiros utilizam durante o trabalho de prototipagem aeroespacial. O PEEK proporciona uma excelente resistência mecânica, juntamente com estabilidade térmica, o que o torna adequado para a criação de componentes funcionais que têm de suportar condições operacionais extremas.

Principais vantagens:

• Temperatura de utilização contínua até 250°C

• Excelente resistência química

• Elevada resistência à tração

• Alternativa leve ao metal

As impressoras 3D aeroespaciais utilizam habitualmente o material PEEK para criar componentes interiores, peças de isolamento de cabos e suportes estruturais para aeronaves. O material demonstra capacidades retardadoras de chama, juntamente com resistência a fluidos de aviação, o que o torna adequado para testes como substituto de componentes metálicos tradicionais.

A contribuição do PEEK para a redução do peso não se deve apenas à manutenção da resistência estrutural, mas também ao facto de não a sacrificar a qualquer custo (crucial na engenharia aeroespacial).

2. ULTEM (PEI - Polieterimida)

Os cientistas desenvolveram o ULTEM como um material termoplástico de alto desempenho utilizado em aplicações aeroespaciais que o sector da impressão 3D industrial utiliza agora como o seu principal material de impressão. O produto oferece uma combinação extraordinária de resistência mecânica e proteção contra as chamas que cumpre as normas da indústria.

Porque é que a ULTEM é preferida:

• A resistência do objeto é muito boa em relação à resistência mecânica.

• O material cumpre todos os requisitos dos testes de chama, fumo e toxicidade (FST)

• O material apresenta uma excelente resistência às forças de impacto

• O material mantém as suas dimensões originais quando exposto a pressão

O ULTEM é um material padrão para o fabrico de componentes interiores de cabinas e condutas, bem como de unidades de alojamento e dispositivos de compartimentos eléctricos. O material é de grande importância para o desenvolvimento de protótipos funcionais que requerem testes de acordo com os rigorosos regulamentos de segurança aeroespacial.

Os engenheiros podem avaliar as condições reais de desempenho através da utilização da ULTEM na impressão 3D para protótipos aeroespaciais, sem necessidade de gastar dinheiro em equipamento dispendioso ou em processos de fabrico em grande escala.

3. Ligas de titânio (Ti-6Al-4V)

Um dos materiais mais importantes na impressão 3D, para aplicações que requerem uma elevada tolerância ao calor e uma resistência extraordinária, teria de ser uma liga de titânio no fabrico aeroespacial. As técnicas de fabrico aditivo, tais como a fusão selectiva a laser (SLM) e a fusão por feixe de electrões (EBM), tornaram possível produzir peças complexas de titânio com um desperdício reduzido de material.

Principais vantagens:

• Está provado que tem propriedades únicas de leveza e durabilidade.

• O material proporciona uma proteção excecional contra a corrosão.

• É resistente à fadiga num contexto como este.

• O material pode suportar condições de temperatura extremas.

As ligas de titânio são utilizadas em todas as aplicações aeroespaciais, que incluem suportes estruturais e componentes de motores e protótipos de fuselagem. Na impressão 3D aeroespacial, o titânio permite a otimização da topologia, o que permite aos engenheiros conceber peças leves, mas altamente duráveis, com geometrias internas complexas.

O ensaio mecânico de peças de titânio para prototipagem funcional cria condições de ensaio que representam com exatidão o desempenho dos componentes de produção reais. Este processo fornece dados de validação essenciais que as organizações necessitam antes de procederem ao fabrico em massa.

Outros materiais emergentes

A impressão tridimensional no sector aeroespacial requer materiais adicionais para além do PEEK ULTEM e do titânio. Os seguintes materiais foram desenvolvidos para aplicações de impressão 3D no sector aeroespacial:

• Nylon (PA12) com reforço de fibra de carbono para componentes estruturais leves

• Os testes de fuselagem e os permutadores de calor requerem ligas de alumínio

• Resinas de alta temperatura para modelos de túnel de vento e testes aerodinâmicos

Estes materiais expandem as possibilidades da impressão 3D industrial , o que permite aos engenheiros aeroespaciais desenvolver rapidamente novas iterações de design.

Vantagens da utilização de materiais avançados de impressão 3D no sector aeroespacial

1. O tempo necessário para o trabalho de desenvolvimento foi reduzido.

O fabrico aditivo permite a criação rápida de protótipos porque elimina a necessidade de equipamento de produção complicado, o que acelera o processo de conceção.

2. Eficiência de custos

As despesas de I&D diminuem porque os protótipos funcionais podem ser criados sem necessidade de moldes ou equipamento de maquinagem dispendiosos.

3. Flexibilidade de design

O processo permite a produção de geometrias complexas, juntamente com canais internos e estruturas de treliça leves, sem necessidade de qualquer trabalho de montagem adicional

4. Melhoria da precisão dos ensaios

Os protótipos obtêm melhores resultados de validação porque os materiais de elevado desempenho permitem-lhes simular as condições reais de utilização final.

As empresas aeroespaciais utilizam materiais avançados de impressão 3D para criar novos produtos, seguindo rigorosamente os regulamentos de segurança e os requisitos de desempenho.

Como escolher o material correto para protótipos aeroespaciais

A seleção do material depende do seguinte:

• Tolerâncias de carga

• Uma vasta gama de temperaturas de funcionamento

• Limites de peso

• Restrições regulamentares

• Limitações de custo

• O metal é o melhor (normalmente titânio) para componentes estruturais

Isto significa que os termoplásticos de elevado desempenho, como o PEEK ou o ULTEM, podem ser utilizados para componentes interiores ou componentes que não suportem carga, que ofereçam a resistência necessária com um peso reduzido.

A compreensão clara dos requisitos de desempenho orienta a impressão 3D do protótipo aeroespacial para garantir a escalabilidade e a fiabilidade.

O futuro dos materiais de impressão 3D para o sector aeroespacial

Os investigadores estão a descobrir novos materiais compósitos e polímeros de alta temperatura que melhoram as capacidades de impressão 3D exterior para aplicações aeroespaciais. O campo da ciência dos materiais tem feito progressos através da criação de componentes que possuem propriedades melhoradas de peso, força e resistência térmica.

A indústria consegue uma melhor eficiência de produção e uma diminuição do desperdício de material através da utilização de polímeros recicláveis e pós metálicos optimizados, que se tornaram importantes para os fabricantes que agora dão prioridade à sustentabilidade. A combinação de sistemas de impressão 3D industrial de ponta com materiais da próxima geração impulsionará a inovação aeroespacial, permitindo um desenvolvimento mais rápido de aeronaves e capacidades operacionais melhoradas.

Conclusão

A seleção de materiais de impressão 3D adequados continua a ser essencial para a criação de protótipos aeroespaciais que atinjam padrões precisos e apresentem capacidades de desempenho superiores. Os polímeros avançados PEEK e ULTEM, juntamente com as ligas de titânio, criam materiais que proporcionam as capacidades essenciais de força e leveza e a resistência térmica necessárias para suportar condições aeroespaciais extremas. O desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D industrial permite que as empresas obtenham um desenvolvimento de produtos mais rápido e resultados de testes mais precisos através do seu investimento em soluções de materiais adequadas.

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