Do laboratório para o céu: como a UNIPS e a Wipro Lauak estão a acelerar o fabrico aditivo metálico aeronáutico em Portugal

Em setores como o aeronáutico, o fabrico aditivo já é capaz de produzir componentes finais com geometrias complexas e leves, a partir de um modelo digital e com uma utilização mais eficiente dos materiais do que os processos subtrativos convencionais. No entanto, levar essa maturidade do laboratório para a fábrica exige intervenientes capazes de estabelecer a ligação entre a investigação e a indústria. É o caso da Universidade Politécnica de Setúbal, instituição de referência, anteriormente conhecida como Instituto Politécnico de Setúbal, que conta com uma equipa de docentes e investigadores composta por mais de 700 profissionais.

A Universidade Politécnica de Setúbal participa no projeto Pro Aero 3D como parceira de investigação para a caracterização de materiais destinados a aplicações aeronáuticas.

“A missão da UNIPS é, em primeiro lugar, o ensino, uma vez que somos uma instituição de ensino superior. Mas temos também como objetivo apoiar as empresas através de serviços especializados e atividades de investigação”, explica Ricardo Cláudio, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Politécnica de Setúbal (UNIPS), antigo Instituto Politécnico de Setúbal. Esta dupla vocação — formar e transferir conhecimento — coloca a instituição numa posição estratégica para a modernização do tecido industrial português.

Uma das áreas em que a atividade de I&D da UNIPS mais se destaca é o fabrico aditivo, uma aposta iniciada em 2014, com a aquisição da sua primeira máquina para este tipo de processo. Desde então, a indústria portuguesa tem acumulado inúmeras aplicações em fabrico aditivo de polímeros, mas tem ficado para trás no fabrico aditivo metálico quando comparada com países como Espanha, Alemanha ou França. Neste contexto surge o projeto Pro Aero 3D, integrado na agenda Aero.Next Portugal, cujo objetivo é criar uma unidade industrial competitiva à escala mundial para a produção de componentes aeronáuticos certificados em todas as fases do ciclo produtivo.

O projeto Pro Aero 3D pretende capacitar o setor aeronáutico português em fabrico aditivo, com foco na redução de peso, na diminuição do número de peças e no encurtamento dos ciclos de produção. A liderança cabe à Wipro Lauak, fabricante de componentes e estruturas aeronáuticas com nove centros produtivos distribuídos por vários continentes, um dos quais em Setúbal. Como líder e copromotora da iniciativa, disponibiliza as infraestruturas (recursos humanos, equipamentos e materiais) orientadas para a certificação pela EASA e pelos OEM, enquanto a UNIPS assume o papel de parceiro de investigação na caracterização de materiais, em conjunto com outras entidades como o Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ).

Ricardo Cláudio, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da UNIPS.

Concretamente, o trabalho da UNIPS no projeto tem consistido na realização de ensaios e na caracterização de materiais para cumprir os exigentes requisitos normativos do setor, desde a norma AS9100 até às normas ASTM e aos requisitos da Agência da União Europeia para a Segurança da Aviação (EASA). Trata-se de um trabalho que começa pela compreensão aprofundada do material utilizado, a liga de alumínio AlSi10Mg, e pela análise de cada variável do processo e do seu impacto no resultado final.

Graças ao conhecimento adquirido, a UNIPS é atualmente capaz de produzir componentes no âmbito da agenda Aero.Next Portugal, incluindo alguns elementos para a LUS-222, a primeira aeronave desenvolvida, fabricada e comercializada em Portugal para os mercados da aviação civil e da defesa. Produz ainda suportes de câmaras para drones de grande dimensão destinados à vigilância marítima e componentes essenciais para drones de menor dimensão, todos fabricados em liga de alumínio através de fabrico aditivo metálico.

Para a instituição de ensino superior, esta colaboração com a indústria representa um valor acrescentado por si só: proporciona casos reais para a formação dos estudantes e, simultaneamente, resolve desafios concretos das empresas. A transferência de conhecimento acontece em dois sentidos. Por um lado, ao nível tecnológico, com desenvolvimentos como novos tratamentos térmicos mais eficientes ou estudos sobre o comportamento dos materiais à fadiga, gerando vantagens competitivas. Por outro, ao nível humano, através da integração nas empresas de profissionais já familiarizados com a tecnologia, os seus limites e os seus desafios. E embora a UNIPS não possua certificação oficial, segue rigorosamente os padrões internacionais que regulam o fabrico aditivo.

Ricardo Cláudio enquadra estes avanços na maturidade alcançada pela tecnologia, atualmente capaz de produzir componentes finais para aplicações tão exigentes como as aeronáuticas ou biomédicas. “Em alguns casos, como nas ligas de alumínio com que trabalhamos, esta tecnologia já começa a ser competitiva face a processos convencionais como a maquinação CNC”, refere.

A UNIPS é atualmente capaz de produzir componentes no âmbito da agenda Aero.Next Portugal, incluindo alguns elementos para a LUS-222, suportes de câmaras para drones de grande dimensão e componentes essenciais para drones de menor dimensão.

Neste percurso, a Renishaw, especialista em sistemas de fabrico inteligente, metrologia e fabrico aditivo, desempenhou um papel determinante enquanto parceira tecnológica. No caso da UNIPS, a instituição trabalha com o sistema RenAM 500 Flex de laser único que, em conjunto com determinados acessórios, responde com precisão às suas necessidades de investigação.

Um desses acessórios é o módulo de volume de fabrico reduzido (RBV), que permite testar diferentes materiais utilizando quantidades mínimas de pó e sem contaminar o material principal da máquina, proporcionando uma flexibilidade fundamental no dia a dia de um laboratório.

Esta configuração orientada para a I&D é complementada, a nível industrial, pela aposta da Wipro Lauak no sistema RenAM 500Q Ultra de quatro lasers com tecnologia Tempus, claramente focado na produtividade.

“Quando comparado com uma máquina de laser único, 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 deposição do pó com o próprio processo de produção”, explica Ana Ferramacho, responsável pela área de Fabrico Aditivo da Wipro Lauak e gestora do projeto Pro Aero 3D.

A empresa, que trabalha para marcas como Airbus, Dassault e Safran, procura validar o processo de fabrico aditivo para componentes aeronáuticos não estruturais, além de desenvolver ferramentas, moldes e dispositivos para otimizar os seus processos produtivos atuais.

“Até ao momento, já alcançámos a qualificação de instalação (IQ), a qualificação operacional (OQ) e a qualificação de desempenho (PQ)”, destaca Ana Ferramacho.

São etapas decisivas num setor particularmente exigente. A certificação de componentes aeronáuticos produzidos por fabrico aditivo implica controlar a variabilidade do processo, os defeitos internos e as microestruturas anisotrópicas, bem como garantir uma rastreabilidade total e superar rigorosos ensaios destrutivos e não destrutivos.

Esta complementaridade entre sistemas RenAM semelhantes, mas configurados para finalidades distintas — um para I&D e outro para produção — tem sido um dos pilares do projeto. Para além dos equipamentos, ambas as entidades destacam o valor da Renishaw enquanto parceira tecnológica.

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

Em suma, a sinergia entre a UNIPS, a Wipro Lauak e a Renishaw começa já a dar frutos: a qualificação dos processos (IQ, OQ e PQ) e a caracterização dos materiais colocam Portugal um passo mais perto de competir no fabrico aditivo metálico com as principais referências europeias do setor.

Tempus é uma marca registada da Renishaw.