Politécnico de Setúbal e Lauak colaboram em projeto de fabrico aditivo

O Instituto Politécnico de Setúbal (IPS) e a Wipro Lauak colaboram no projeto Pro Aero 3D, integrado na agenda Aero.Next Portugal, com o objetivo de desenvolver capacidades industriais de fabrico aditivo metálico aplicadas ao setor aeronáutico. A iniciativa aborda aspetos como a caracterização da liga de alumínio AlSi10Mg, o controlo da variabilidade do processo, a mitigação de defeitos internos e o comportamento de microestruturas anisotrópicas, com vista à produção de componentes aeronáuticos certificados.

Em setores como o aeronáutico, o fabrico aditivo permite produzir componentes finais com geometrias complexas e leves a partir de um modelo digital, utilizando os materiais de forma mais eficiente do que os processos subtrativos convencionais. Transferir esta capacidade do âmbito da investigação para a produção industrial requer, no entanto, o desenvolvimento de processos reproduzíveis e o cumprimento dos requisitos de certificação aplicáveis ao setor.

O Instituto Politécnico de Setúbal (IPS) participa neste processo em conjunto com empresas e centros tecnológicos, desenvolvendo atividades de investigação e caracterização orientadas para aplicações industriais. A instituição de ensino superior conta com uma equipa docente e de investigação composta por mais de 700 profissionais.

“A missão do IPS é, em primeiro lugar, o ensino, uma vez que somos uma instituição de ensino superior. Mas também temos como objetivo apoiar as empresas com serviços especializados e atividades de investigação”, explica Ricardo Cláudio, professor do Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Politécnico de Setúbal. Esta combinação de formação, investigação e colaboração com empresas estendeu-se também ao domínio do fabrico aditivo, uma tecnologia na qual o IPS começou a trabalhar em 2014, quando adquiriu a sua primeira máquina para este processo.

O Pro Aero 3D procura desenvolver capacidades de fabrico aditivo no setor aeronáutico português, com especial atenção à redução do peso, à diminuição do número de peças e ao encurtamento dos ciclos de produção. A Wipro Lauak, fabricante de componentes e estruturas aeronáuticas com nove centros de produção em diferentes continentes, lidera e copromove a iniciativa.

A empresa dispõe de um centro em Setúbal e contribui para o projeto com a infraestrutura, o pessoal, os equipamentos e os materiais necessários para avançar nos processos de certificação da Agência da União Europeia para a Segurança Aérea (EASA) e dos fabricantes de equipamento original. O IPS participa como parceiro de investigação na caracterização de materiais, juntamente com outras entidades, como o Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ).

O trabalho desenvolvido pelo IPS no âmbito do projeto inclui ensaios e caracterização de materiais destinados a cumprir os requisitos normativos aplicáveis ao setor aeronáutico, desde a norma AS9100 até às normas ASTM e aos requisitos da EASA. Esta atividade requer a análise das características dos materiais utilizados e o estudo do efeito das diferentes variáveis do processo nas propriedades e no comportamento dos componentes fabricados.

Um dos materiais estudados é a liga de alumínio AlSi10Mg. O conhecimento gerado a partir da sua caracterização permite ao IPS fabricar componentes no âmbito do Aero.Next Portugal. Entre as aplicações desenvolvidas encontram-se elementos para o LUS-222, descrito no projeto como o primeiro avião desenvolvido, fabricado e comercializado em Portugal para os mercados da aviação civil e da defesa.

Foram também produzidos suportes de câmaras para drones de grande porte destinados à vigilância marítima e peças para drones de menor porte, todos fabricados em liga de alumínio através de fabrico aditivo metálico.

A colaboração com a indústria proporciona, além disso, casos de aplicação para a formação dos estudantes e permite trabalhar em problemas colocados pelas empresas. A transferência de conhecimento ocorre tanto através de desenvolvimentos tecnológicos como através da integração de profissionais familiarizados com o fabrico aditivo. Entre as linhas de trabalho encontram-se novos tratamentos térmicos e estudos sobre o comportamento dos materiais à fadiga.

Embora o instituto não esteja oficialmente certificado, aplica nas suas atividades as normas internacionais relacionadas com o fabrico aditivo.

Ricardo Cláudio enquadra estes trabalhos na evolução alcançada pelo fabrico aditivo, que atualmente permite produzir componentes finais destinados a aplicações aeronáuticas e biomédicas. “Em alguns casos, como nas ligas de alumínio com as quais trabalhamos, esta tecnologia já começa a ser competitiva face a processos convencionais, como a maquinagem CNC”, salienta.

A Renishaw participa no projeto como parceiro tecnológico. O IPS trabalha com um sistema RenAM 500 Flex equipado com um único laser, uma configuração utilizada nas suas atividades de investigação e que pode ser adaptada, através de diversos acessórios, às necessidades dos ensaios.

Entre estes acessórios encontra-se o de volume de fabrico reduzido (RBV), que permite realizar ensaios com diferentes materiais utilizando quantidades reduzidas de pó, sem alterar o material principal contido na máquina. Esta configuração facilita o trabalho experimental e a avaliação de materiais no âmbito da investigação.

A infraestrutura utilizada pelo IPS é complementada pelo sistema RenAM 500Q Ultra de quatro lasers, instalado na Wipro Lauak. Este equipamento incorpora a tecnologia Tempus e está orientado para as necessidades de produtividade do fabrico industrial.

“Em comparação com uma máquina de um único laser, este sistema de quatro lasers permite-nos reduzir significativamente os ciclos de fabrico. Além disso, a tecnologia Tempus encurta ainda mais esses ciclos ao sobrepor o tempo de dosagem e aplicação do pó ao próprio processo de produção”, explica Ana Ferramacho, responsável pela área de Fabrico Aditivo na Wipro Lauak e gestora do projeto Pro Aero 3D.

A Wipro Lauak trabalha para fabricantes aeronáuticos como a Airbus, a Dassault e a Safran e utiliza o projeto para avançar na validação de processos de fabrico aditivo destinados a componentes aeronáuticos não estruturais. A iniciativa contempla também o fabrico de ferramentas, moldes e acessórios destinados a processos produtivos existentes.

“Até agora, conseguimos a qualificação da instalação (IQ), a qualificação operacional (OQ) e a qualificação de desempenho (PQ)”, salienta Ana Ferramacho.

A qualificação destes processos constitui uma parte do trabalho necessário para desenvolver aplicações de fabrico aditivo no domínio aeronáutico. A certificação de componentes fabricados através desta tecnologia requer o controlo da variabilidade do processo e de possíveis defeitos internos, bem como a caracterização das microestruturas anisotrópicas, além de garantir a rastreabilidade e a realização de diversos ensaios destrutivos e não destrutivos.

A utilização de sistemas RenAM com configurações diferentes permite dar resposta a diferentes necessidades no âmbito do projeto. Enquanto o RenAM 500 Flex do IPS é utilizado em atividades de investigação e caracterização, o RenAM 500Q Ultra da Wipro Lauak está orientado para a produção e a evolução dos processos industriais.

“A colaboração com a Renishaw tem sido fundamental, uma vez que proporciona um acompanhamento contínuo e soluções para os problemas que surgem no dia a dia”, avalia Ricardo Cláudio.

O trabalho conjunto entre o IPS, a Wipro Lauak e a Renishaw centra-se, desta forma, na transposição dos resultados da investigação e da caracterização de materiais para processos de fabrico aditivo metálico aplicáveis ao setor aeronáutico. A qualificação dos processos IQ, OQ e PQ e o desenvolvimento de conhecimentos sobre os materiais utilizados fazem parte deste processo de desenvolvimento das capacidades industriais nacionais.

Assista ao vídeo para observar o processo: https://video.renishaw.com/watch/iWgWLhsndDbMduzrsFHuoQ