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  05.02.20

Do p at a taa 3D


IPT colabora em projeto da USP de São Carlos para a reconstrução da Taça Jules Rimet por manufatura aditiva


Reconstruir a Taça Jules Rimet por manufatura aditiva é uma das atividades de um projeto em execução pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP) que conta com a colaboração do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) e de mais três instituições: a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer. O Laboratório de Processos Avançados e Sustentabilidade (Lapras) em São Carlos é a instituição que coordena o projeto no qual será realizada a reconstituição do troféu de 3,8 quilos de ouro roubado em dezembro de 1983 e, segundo relatos, teria sido fundido.

O processo de deposição direta por energia (Direct Energy Deposition, ou DED) foi o escolhido para a reconstrução da taça – nesta técnica de manufatura aditiva, pós de ligas metálicas são fundidos por um laser que atinge tanto o substrato quanto o material de adição, promovendo a fusão e a consolidação de componentes. 

A atomização a gás é a técnica que foi selecionada pelo Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT para a fabricação do pó destinado a reconstruir a taça: uma corrente de gás inerte de alta velocidade desintegra um filete de metal líquido e forma um spray que se solidifica na forma de partículas. Os materiais escolhidos para o projeto foram o aço ferramenta AISI H13 e o aço inoxidável AISI 316L.

“A qualidade do produto final na manufatura aditiva é fortemente influenciada pelas características das partículas do pó, como o tamanho e a morfologia”, explica a engenheira de materiais e pesquisadora-visitante do laboratório do IPT, Flavia Costa da Silva.
Atomização a gás é a técnica que foi selecionada pelo Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT para a fabricação do pó destinado a reconstruir a taça
 
“Este é um dos principais desafios do projeto e, por isso, serão avaliados os efeitos dos parâmetros do processo de atomização na qualidade dos pós metálicos”.

As matérias-primas usadas no processo de manufatura aditiva por DED devem ter tamanho das partículas de pó na faixa de 45 a 100μm, com formato preferencialmente esférico e livre de defeitos – para isso, o IPT e os parceiros do projeto estão trabalhando em conjunto para melhorar a atomização do metal líquido.

“Existe ainda pouca compreensão dos princípios físicos básicos que envolvem o fluxo de gás em velocidade supersônica e sua interação com o feixe de metal líquido. Além disso, diversas características de projeto dos atomizadores influenciam diretamente a formação do pó”, explica o pesquisador do laboratório do IPT, Moyses Leite de Lima. “Outro desafio é o baixo rendimento na produção de pós que atendam a essa faixa ideal de tamanho das partículas para os processos de impressão tridimensional”.

MODELAGEM NUMÉRICA – O laboratório do IPT dispõe de um atomizador a gás inerte e, por meio de modelagem numérica, está fazendo um estudo da técnica trabalhando com ajustes das variáveis: “O objetivo é conhecer os fenômenos de formação das partículas para melhorar o rendimento de produção de pós dentro da faixa granulométrica e da morfologia ideais para a manufatura aditiva”, explica Silva.

Alguns ensaios já foram feitos no atomizador. O pó de aço inoxidável 316L produzido foi comparado com o material hoje comercializado para uso na manufatura aditiva. As análises do pó atomizado no IPT apontaram características compatíveis com a formulação comercialmente disponível – morfologia esférica e livre de defeitos que prejudicam a fluidez.

“Os primeiros testes apontaram que, com algumas condições de processo de atomização, é possível um rendimento de 55,4%, um índice superior à faixa de 20% a 30% alcançada nos processos atuais de atomização a gás para produzir o pó no intervalo granulométrico ideal”, afirma Lima.

O projeto teve início em 2018. No laboratório do IPT, ao longo de 2020, serão realizados experimentos para a avaliação dos efeitos de diversos parâmetros de processo nas características dos pós metálicos e na produção do lote-piloto de pó das ligas; no segundo semestre deste ano, será iniciada a produção dos pós metálicos. A réplica da taça será doada à Confederação Brasileira de Futebol (CBF) em comemoração aos 50 anos da conquista do Tricampeonato Mundial de Futebol, no México, em 1970.

Além da tecnologia DED, o projeto tem como objetivo o desenvolvimento de processos de manufatura aditiva de materiais metálicos por meio da técnica de fusão seletiva a laser (Selective Laser Melting, ou SLM). Estas técnicas serão avaliadas com relação à sua adequação de aplicação para reparo de moldes para injeção de polímeros e de palhetas de turbinas de geração de energia.