Máquina de Deposição Automática de Fibras, um dos equipamentos que fazem parte da infraestrutura do LEL

Redução de peso é chave para as estruturas modernas. Estruturas economicamente viáveis, com menor peso e menor custo, são essenciais para a realização de uma sociedade sustentável. Os materiais utilizados nessas estruturas no futuro devem ter sua origem em fontes renováveis e devem ser seguramente reciclados ou descartados.

O principal agente de inovação em estruturas leves é o setor aeroespacial e aeronáutico, cuja competitividade depende diretamente do domínio dessas tecnologias. Entretanto, suas aplicações são potencialmente úteis a muitas outras indústrias, notadamente às indústrias automobilística e de auto peças, petróleo e gás, naval, defesa, saúde, lazer, infraestrutura e geração e transporte de energia elétrica e eólica.

Em resposta à necessidade de uma infraestrutura integrada para P&D em estruturas leves, foi criado o Laboratório de Estruturas Leves - LEL. Hoje, o LEL encontra-se em implantação e parcialmente operacional. Instalado no Parque Tecnológico São José dos Campos (SP), está estrategicamente localizado entre São Paulo e Rio de Janeiro, próximo a importantes pólos industriais e instituições de pesquisa e ensino.

Redução de peso é essencial para a competitividade em diversos setores da indústria

A infraestrutura laboratorial do LEL estará preparada para atuar em todas as etapas do desenvolvimento de estruturas leves, desde o projeto, modelagem, simulação, produção experimental, até medições e ensaios, cujos resultados são realimentados para refinamento do projeto.






OBJETIVO

Oferecer P&D&I e serviços técnicos especializados em projeto, desenvolvimento e ensaios de estruturas leves (metálicas, compósitos, híbridas) de forma cooperativa com a iniciativa privada, instituições de P&D e universidades do país e do exterior.


PRINCIPAIS MERCADOS

• Aeroespacial e aeronáutico
• Automotivo
• Petróleo e gás
• Transportes
• Saúde
• Energia
• Infraestrutura

PROJETOS DE PESQUISA

Estruturas aeronáuticas metálicas avançadas

• Desenvolvimento de processos de união para redução de peso: soldagem por atrito (FSW), juntas coladas por adesivos, novos prendedores mecânicos;
• Desenvolvimento de processos avançados de conformação: Conformação Superplástica (SPF), Creep Age Forming;
• Caracterização micrográfica e mecânica de corpos de prova (resistência, vida em fadiga);
• Modelagem de juntas (FEM);
• Modelagem de processos de conformação (FEM);
• Aplicação e análise desses processos na fabricação de estruturas aeroespaciais de forma integrada.

• IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas
• ITA – Instituto Tecnológico de Aeronáutica
• POLI (USP) – Escola Politécnica - Universidade de São Paulo
• EESC (USP) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo
• FEM-UNICAMP – Faculdade de Engenharia Mecânica - Universidade de Campinas
• FEI – Centro Universitário da FEI
• EMBRAER – Empresa Brasileira de Aeronáutica

• Desenvolver conhecimento tecnológico em processos de compósitos para aplicações aeronáuticas;
• Estudos de caso: redução de peso (10 a 15%) e redução de custo (cerca de 10% ou maior), comparados às estruturas aeronáuticas metálicas usuais;
• Atuar no desenvolvimento completo do produto: engenharia, fabricação, materiais e ensaios.

• IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas
• ITA – Instituto Tecnológico de Aeronáutica
• POLI (USP) – Escola Politécnica - Universidade de São Paulo
• EESC (USP) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo
• IEE (USP) – Instituto de Eletrotécnica e Energia – Universidade de São Paulo
• FEG-UNESP – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá - UNESP
• FEM-UNICAMP – Faculdade de Engenharia Mecânica - Universidade de Campinas
• EMBRAER – Empresa Brasileira de Aeronáutica 

• Desenvolver conhecimento tecnológico em processos de laminação automatizados de compósitos, tais como: Tape Laying, Fiber Placement, e outros;
• Aplicar tecnologias selecionadas em uma estrutura aeronáutica usual para avaliar avanços;
• Desenvolver documentos técnicos passíveis de serem utilizados em futuros projetos deste campo;
• Avaliar metodologias, softwares e equipamentos para processos de laminação automatizados.

• IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas
• ITA – Instituto Tecnológico de Aeronáutica
• EESC (USP) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo
• EMBRAER – Empresa Brasileira de Aeronáutica

INFRAESTRUTURA

Organização espacial e áreas de atuação do LEL

O LEL dispõe de infraestrutura voltada para modelagem e simulação computacional, para produção experimental e para medições e ensaios, oferecendo apoio em todas as etapas do desenvolvimento de estruturas leves. Veja a listagem dos recursos disponíveis em cada área do laboratório:


Compósitos: 

• Máquina de Deposição Automática de Fibras (Automated Fiber Placement) (4 m x 3 m)
• Máquina de Laminação Automática de Fitas (Automated Tape Laying) (12 m x 4 m)
• Máquina de Termoconformação de Compósitos (Hot Drape Machine) (6 m x 1,5 m)
• Máquina de Corte de Tecidos CNC (3 m x 1,8 m)
• RTM, VaRTM e Infusão (1,1 m x 0,6 m x 0,4 m)
• Laminação manual

• Autoclaves (Ø1,0 m x 1,5 m; 450ºC / Ø1,5 m x 4,0 m; 250ºC)
• Estufa para cura fora de autoclave (8 m x 3,5 m)
• Câmara Fria para armazenamento de prepregs e resinas (4,6 m x 3,6 m x 2,5 m)

• Equipamento de Soldagem por Atrito (Friction Stir Welding) (5-axis, 30kW spindle)
• Prensa de Conformação Superplástica e Conformação a quente (150 t / 1000ºC / 40 bar)
• Centro de usinagem CNC
• Torno mecânico CNC
• Serra

Ensaios e análises:

• Equipamento de ensaios mecânicos (100 kN; câmara térmica (-150ºC a 350ºC)
• Sistema de ensaios mecânicos dinâmicos e estáticos (100 kN e 250 kN; câmara térmica (-120ºC a 310ºC)
• Durômetros
• Ultrassom
• Equipamento para análise de tensão residual
• Câmara de névoa salina
• Câmara para condicionamento climático de corpos de prova (Limites de temperatura: -75ºC a 180ºC / Limites de umidade: 10% a 98% UR)
• Microscópios para análise micrográfica
• Equipamentos de preparação de amostras
• Equipamento de medição tridimensional
• Laser Tracker

Softwares de engenharia

• CATIA V5 – Projeto e modelagem (CAD)
• CAE – FEA (NASTRAN/PATRAN) – Modelagem e simulação por Elementos Finitos

Softwares de simulação de compósitos

• ACE v2 - Advanced Composite Environment – Processo para Laminação Automática (Fiber Placement e Tape Laying)
• Fibersim – Modelagem e Simulação de processos de fabricação em compósitos
• PAM-RTM – Simulação dos processos RTM, VaRTM e Infusão
• SYSPLY – Projeto, análise e otimização de estruturas em material compósito; simulação do comportamento mecânico de estruturas em compósitos; previsão de distorção em materiais compósitos e moldes

ARTIGOS TÉCNICOS

Assessment of automated fiber placement coverage generation algorithms
Wellington Lombardo Nunes de Mello; Rynaldo Zanotele Hemerly de Almeida; Alex Camilli Bottene

Research and development on composites : a strategy to overcome technological challenges
Marco Antonio Grecco D'Elia; Alex Camilli Bottene; Luiz Eduardo Lopes

Experimental evaluation of automated fiber placement manufacturing parameters
Alex Camilli Bottene; Wellington Lombardo Nunes de Mello; Rynaldo Zanotele Hemerly de Almeida

Development of complex shape composite structures – An automated fiber placement application
Alex Camilli Bottene; Wellington Lombardo Nunes de Mello; Rynaldo Zanotele Hemerly de Almeida; Priscila Prado Gomes



INSTITUIÇÕES FINANCIADORAS

• BNDES (Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social)
• FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos)
• FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo)
• SDECT (Secretaria de Desenvolvimento Econômico, Ciência e Tecnologia do Estado de São Paulo)
• IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo
• Prefeitura Municipal de São José Dos Campos