A Divisão de Aerotermodinâmica de Hipersônica (EAH) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), organização militar científico-tecnológica ligada ao Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) do Comando da Aeronáutica, começou a utilizar uma impressora 3D Fortus 900mc, da Stratasys, para fabricar modelos de laboratório de motores aeronáuticos hipersônicos, conhecidos como scramjet (abreviação de supersonic combustion ramjet). A impressão 3D dos modelos do motor já trouxe uma economia de RS$ 250 mil ao ano nos custos de fabricação.
"O IEAv decidiu apostar numa manufatura "híbrida" para desenvolver o motor, por meio da combinação de processos de usinagem convencional e de fabricação aditiva", explica Israel Rêgo, Chefe da Subdivisão de Ensaios em Solo da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv. O objetivo, afirma, é otimizar o ciclo de pesquisa e desenvolvimento, e também acelerar eventuais atualizações e adaptações, bem como reduzir os custos de manufatura. "Em um primeiro momento, o motor scramjet poderá ser utilizado como estágio de propulsão aspirado de foguetes rumo ao espaço. Em um período de tempo maior, ele terá aplicações na propulsão de aeronaves civis ou militares hipervelozes", diz Israel.
Atualmente, o Instituto utiliza a impressora 3D para produzir três subsistemas do motor scramjet para ensaios em túnel de vento hipersônico:
- O estágio de compressão que captura o ar atmosférico para o combustor.
- O próprio combustor, dentro do qual ocorre a combustão supersônica, que estão sendo impressos em 3D, com o uso da resina ULTEN 9085, de elevada resistência e durabilidade mecânica e térmica.
- A tubeira de aceleração dos produtos da reação de combustão, que está sendo impressa em 3D com a utilização da resina PC-10, de resistência e durabilidade moderada.
Visão explodida do modelo de laboratório do motor scramjet, manufaturado via impressão 3D e usinagem convencional (processo "híbrido" de manufatura).
Já em 2019, o IEAv utilizará a manufatura aditiva para fabricar um modelo de engenharia do motor scramjet, funcional e em escala real. "É um antecessor do modelo utilizado para a qualificação de voo, o chamado protoflight. Sua impressão em 3D vai nos possibilitar rever planos de fabricação e montagem dos subsistemas do motor e validar a funcionalidade de suas partes móveis (bypass), de modo ágil e econômico", diz Israel.
Modelo de laboratório do motor scramjet instalado na seção de teste do túnel de vento hipersônico do IEAv (condição operacional testada: Número de Mach 7 na estratosfera terrestre).
A impressora 3D Fortus 900mc foi importada pelo IEAv em dezembro de 2015, com o apoio da FINEP, e seu emprego na fabricação aditiva dos subsistemas do motor scramjet começou em fevereiro de 2016. "Ela foi escolhida porque, além das vantagens associadas à economia de tempo e redução de custos, possui o maior envelope de impressão disponível no mercado, o que satisfaz nossos requisitos de fabricação rápida de subsistemas do motor scramjet em escala real", detalha Israel.
Ele conta que a ideia de utilizar a tecnologia de manufatura aditiva no IEAv surgiu em 2013, durante a Feira Internacional de Máquinas-Ferramenta e Sistemas Integrados de Manufatura (FEIMAFE). "Ali, logo identificamos a grande vantagem competitiva da tecnologia de prototipagem 3D para nossa atividade de pesquisa e desenvolvimento aqui na EAH", explica Israel. Dois anos depois, o Instituto, com apoio da FINEP, importou o equipamento a um custo de cerca de US$ 400 mil. "Desde então, economizamos os custos da usinagem convencional realizada por terceiros, serviço que foi substituído por nossa impressora 3D".
O sucesso do trabalho com a impressora 3D Fortus 900mc levou o IEAv a apresentar o artigo "Preliminary Studies on Hypersonic Flows Over 3D Printed Models" durante o Fórum de Aeronáutica e Espaço, realizado pelo American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) em Orlando, Estados Unidos, em setembro deste ano. O objetivo da apresentação foi mostrar como o Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv tem utilizado a tecnologia FDM para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias hipersônicas. A equipe do IEAv apresentou processos de fabricação de sistemas hipersônicos com o uso da impressora 3D Fortus 900mc.
"A manufatura aditiva está revolucionando as indústrias aeronáutica e de defesa, e essa revolução já está no Brasil. Ficamos satisfeitos por nossa solução impulsionar e facilitar a pesquisa e o desenvolvimento de projetos avançados como este em território nacional, afirma Anderson Soares, Territory Manager da Stratasys no Brasil.
A Stratasys é líder global em manufatura aditiva ou tecnologia de impressão 3D e é fabricante das impressoras 3D FDM® e PolyJet™. As tecnologias da empresa são usadas para criar protótipos, ferramentas de fabricação e peças de produção para indústrias, incluindo aeroespacial, automotiva, saúde, produtos de consumo e educação. Por 30 anos, os produtos da Stratasys têm ajudado os fabricantes a reduzir o tempo de desenvolvimento de produtos, o custo e o tempo de colocação no mercado, bem como reduzir ou eliminar os custos de ferramentas e melhorar a qualidade dos produtos. O ecossistema de soluções e expertise em impressão 3D da Stratasys inclui: impressoras 3D, materiais, software, serviços especializados e produção de peças sob demanda.
