Revista de Engenharia Elétrica e Tecnologia Eletrônica

Impressão 3D para Prototipagem de componentes especiais na Indústria Automóvel

Nicola Corsetto

A evolução das técnicas inovadoras na Indústria 4.0 caracterizou e definiu o desenvolvimento de novos materiais para impressão 3D, que possuem propriedades completamente novas, especificamente novos “padrões de materiais”. Um deles é definitivamente o TPU (poliuretano termoplástico), protagonista de uma aplicação para as seguintes pesquisas em Manufatura Aditiva inovadora. Este polímero apresenta inúmeras vantagens, tais como elevada resistência ao impacto, desgaste, abrasão e cortes; além disso, possui uma aderência de camadas bastante avançada que permite uma excelente homogeneidade mecânica ao nível das peças fabricadas, tornando-as isotrópicas. O caso de estudo proposto mostrou os resultados relacionados com a solução dos problemas causados ​​pelo sobreaquecimento de dispositivos de vídeo utilizados para gravações de testes e testes de veículos de competição, projetando uma solução inovadora que pode sempre ser utilizada evitando qualquer tipo de tecnologia eletrificada para evitar o aumento de falhas e peso dos dispositivos. Foi dedicado um elevado nível de atenção ao respeito pelas tensões térmicas para levar o componente a um elevado nível de resistência às altas temperaturas que são criadas no verão dentro dos cockpits expostos ao sol pelos pára-brisas. Importante foi a utilização de impressoras 3D domésticas de baixo custo e desempenho com materiais técnicos agora também disponíveis a preços bastante baratos. As ferramentas utilizadas para a pesquisa que se segue apresentam opções de baixo orçamento para levar o design a novos níveis de desafio, de forma a tornar a impressão 3D uma ferramenta utilizável para que todos possam reproduzir adequadamente elementos que não podem ser produzidos em massa. As ferramentas são: smartphones com câmaras de alta resolução, componentes mecânicos fluidodinâmicos, impressoras 3D domésticas, bobinas de material TPU e computadores com software de fotogrametria e modelação 3D. O procedimento utilizado envolveu a identificação de uma etapa inicial, e especificamente, a de levantamento e digitalização tridimensional da grelha de refrigeração do automóvel utilizado para este teste, (carro de corrida Lamborghini Huracan), com técnicas simples de fotogrametria possibilitadas pela simples forma do modelo em causa. A fase de levantamento digital por fotogrametria iniciou-se com a realização de fotos com diferentes planos do painel do automóvel, para depois serem transferidas para um meio digital que através de software processou uma imagem bem definida da grelha de refrigeração, que foi ampliada em tamanho real com os diferentes padrões anteriormente detetados, para uma correta interpretação de todas as medidas necessárias ao projeto. O procedimento foi então definido através da utilização de componentes já existentes no mercado, com a escolha de um tubo modular de fluidodinâmica estanque e juntas modulares universais de materiais adequados ao stress térmico, com estudos de posicionamento cuidadosos para identificar o local adequado para a colocação do componentes mencionados pela primeira vez.A identificação de uma estrutura dimensional adequada permitiu o correto projeto matemático de um dispositivo adequado para a melhor otimização convectiva do fluxo de ar do sistema de ar condicionado interior. O objetivo pretendido era aproveitar a refrigeração do veículo para arrefecer a câmara localizada no para-brisas, com um elemento com um peso significativamente reduzido, monomaterial, que não sofresse falhas elétricas ou outras e ainda fosse resistente às altas temperaturas das pistas de corrida no verão. Os passos seguintes foram a modelação tridimensional do componente diretamente no elemento da grelha detetado em ambiente digital, utilizando software como o Rhinoceros 3D, respeitando todo o tipo de critérios exigidos para a correta impressão do material em questão, aliás o TPU requer espessuras mínimas para que seja dada a flexibilidade adequada ao modelo para obter um correto fecho hermético, uma vez feito para caber na grelha. Sempre recorrendo a software de modelação 3D, foi possível colocar o componente num ambiente virtual para verificações geométricas e estilísticas e para uma comparação criteriosa com diferentes condutores e técnicos da área automóvel para a escolha do componente estético e funcional adequado, com diferentes características físicas. de maquetes impressas com material de teste para compreensão física das questões relacionadas com a aplicação do produto no interior do automóvel. O passo crucial foi definitivamente respeitar o equilíbrio entre a forma estilística e as geometrias corretamente desenhadas para uma impressão limpa e otimizada em termos de tempo, sem a ajuda de suportes de camadas cantilever, uma característica que foi possível graças a um design cuidadoso "escalonado" colocando o plano parte do protótipo diretamente na chapa de impressão, conseguindo assim uma construção de modelo com silhuetas crescentes, obtida através da gestão cuidadosa de toda a fase de impressão e da manobra adequada das diferentes temperaturas durante o processo de impressão durante a impressão de diferentes horas. Foram realizados diversos testes com o objetivo de estudar tanto o comportamento do material como a morfologia do modelo desenhado, de forma a realizar diversos testes e refinar as suas características, com a utilização de diferentes tipos de material de impressão 3D TPU para realizar pesquisas cuidadosas relacionadas com a comportamento diferente dos diferentes tipos de amostras. O resultado foi obtido através da validação de um produto físico final definido, feito sem necessidade de criação de sistemas de ligação por colagem e/ou ligações roscadas, aliás, a metodologia utilizada incluiu evitar colas de componentes visando o melhor desempenho do produto, ou seja , otimizando o arrefecimento das câmaras em diferentes posições do cockpit, sem causar danos no dispendioso e tecnológico painel do automóvel, tornando o componente projetado totalmente removível sem deixar qualquer vestígio de fixação na superfície de carbono comprimida.Esta atividade confirmou o valor das tecnologias acima referidas, tornadas mais eficientes através de uma transferência de tecnologia adequada para poder maximizar o desempenho dos produtos e componentes em qualquer necessidade de design e fabrico, gerindo atividades especiais de prototipagem até então inéditas devido aos elevados custos de operação de impressoras 3D e consumíveis de materiais industriais.