Um dia, uma impressora 3D - usando uma mistura de materiais especiais - será capaz de criar armaduras para soldados mais leves e mais fortes que qualquer outra proteção que pode ser feita com os métodos de fabricação e matéria prima disponíveis hoje.
Isso é o que dizem os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory, nos EUA, que trabalham para revolucionar a tecnologia de impressão 3D, bem como a forma com que as empresas criam produtos - que podem ser de motores a jato e satélites a capacetes de futebol.
Cientistas do laboratório Livermore, um centro financiado pelo governo federal com foco em pesquisa de segurança nacional, projetam novos materiais a serem utilizados em um processo chamado fabricação aditiva (mais comumente conhecida como impressão em 3D) e desenvolvem uma técnica que permita combinar vários desses materiais para imprimir um produto.
Eles também estão estudando a física e a química na base dos processos, a fim de entender melhor como as peças fabricadas resistirão às condições climáticas, como o calor e frio extremos, e de impacto e stress, para que possam prever comportamentos e desempenho de um produto.
A pesquisa pode fornecer informações importantes para qualquer fabricante de peças para máquinas que vão desde motores de automóveis a aviões, satélites e naves espaciais.
"Isso irá revolucionar a manufatura", diz Eric Duoss, um cientista de materiais e engenheiro do laboratório. "Vai revolucionar o próprio conceito da fabricação. Estamos falando sobre a habilidade de moldar as propriedades de um material e chegar a combinações de diferentes matérias primas que seriam impossíveis de fazer no passado."
Nova abordagem para a fabricação
A fabricação aditiva, ou impressão em 3D, é o processo de criação de um objeto tridimensional a partir da superposiçãode sucessivas camadas de material por uma impressora específica. A tecnologia tem recebido grande atenção da mídia desde o ano passado, por conta das impressoras 3D que constroem armas de fogo, peças de telefone e escovas de dentes, entre outras coisas.
Duoss enfatizou que o trabalho que eles estão fazendo não vai mudar o cenário da impressão 3D, mas mudará a forma como muitas empresas pensam em relação a criação de seus produtos.
"Queremos que seja uma nova forma de manufatura com muito mais possibilidades, menores custos, menos tempo e menos infraestrutura para a fabricação de produtos", diz o pesquisador.
Pete Basiliere, diretor de pesquisa da Gartner, disse que muitas universidades e laboratórios estão trabalhando na impressão 3D, mas o Lawrence Livermore tem os recursos para levar essa tecnologia adiante.
Menos arte, mais ciência
Parte do que os pesquisadores precisam para avançar com a tecnologia é entender, em nível celular, o que acontece durante o processo de fabricação.
"Estamos tentando torná-la menos uma arte e mais uma ciência", disse Diane Chinn, chefe da divisão de engenharia de materiais da Livermore. "Precisamos prever como a peça irá se comportar."
Para chegar nessa parte da "ciência", os pesquisadores querem entender cada grão dentro de um componente fabricado. Para isso, eles trabalham com data mining e um computador equipado com um cluster de 160 processadores, e estão desenvolvendo algoritmos e códigos de computação para estudar o processo em nível microscópico.
"Qual a tensão que se acumula na peça a medida que as camadas são adicionadas?", perguntou Bob Ferencz, um líder do grupo no departamento Methods do laboratório. "A medida que você derrete novos materiais, os abaixo ainda estão sendo aquecidos residualmente. Como aqueles materiais são afetados ao serem aquecidos de novo e de novo?"
Mude a estrutura, mude as propriedades
Os cientistas do laboratório também estão trabalhando para alterar a natureza dos materiais usados na fabricação aditiva.
As propriedades de um material - a força, a densidade e a forma como ele reage ao calor e tensão - são em grande parte baseadas em sua microestrutura - a forma como seus átomos e moléculas se organizam. Ao redesenhar tal microestrutura, os cientistas podem criar materiais com uma combinação de propriedades que não existem na natureza.
"Podemos tomar a complexidade do espaço projetado e criar arquiteturas em microescala que dão o controle sobre as propriedades normais", disse Duoss. "Podemos pegar o mesmo material base e, alterando sua arquitetura interna, podemos torná-lo mais forte, mais leve e fazê-lo reagir de maneira diferente ao calor."
Uma montadora de automóveis ou um fabricante de motores a jato, por exemplo, podem querer construir seus equipamentos com peças feitas de um metal que não se expande ou perde a resistência quando aquecido.
"Com o projeto, você pode controlar a expansão térmica", disse Duoss. "Poderíamos projetá-lo para que, quando se aquecesse, ele se contraísse ao invés de expandir. E com essa nova microestutura, poderia ser mais resistente ao calor ou, basicamente, atérmico. E, com isso, ele manteria sua forma intactada na temperatura da Terra ou no espaço."
Novas matérias-primas
Robert Parker, analista da empresa de pesquisa IDC, disse que a criação de uma ampla gama de materiais para serem utilizados na fabricação aditiva seria um elemento-chave.
"Certamente, um dos fatores limitantes para a evolução em escala da fabricação aditiva é a lista de materiais disponíveis", diz Parker.
Os cientistas do Lawrence Livermore querem ir além na fabricação aditiva e produzir alguma coisa diferente de um polímero, ou uma mistura de plásticos. Eles querem desenvolver uma técnica pela qual uma máquina de fabricação aditiva poderia combinar polímero e metal para criar um objeto. Uma armadura para soldados ou policiais poderia nascer da combinação de diferentes metais ou da combinação de metais e polímeros em uma impressora 3D, e seria mais forte e mais leve do que tudo feito até agora.
Ao utilizar diversos materiais, um produto poderia ser fabricado já com um sensor embutido em seu interior. Seria possível para uma empresa imprimir a espuma e o estofamento personalizados para a parte interna de um capacete de futebol que seria equipado com sensores - embutidos no interior da espuma - que permitiriam acompanhar o número e a gravidade dos golpes que um jogador toma na cabeça, evitando que os atletas sofram lesões cerebrais.
Esse tipo de avanço na fabricação, disse Basiliere, seria útil para muitas empresas.
"Você pode ter um equipamento que pode imprimir com três diferentes tipos de plásticos", acrescentou. "Eles são do mesmo material, mas possuem cores diferentes. Se alguém conseguir desenvolver a capacidade de imprimir com materiais diferentes, um deles poderia ser a base para carregar outro material que possa transportar uma carga elétrica. Em seguida, você reduz a operação em duas etapas para uma etapa só. Isso poderia aumentar a qualidade e reduzir o preço."
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