Fabricação aditiva de arco de arame para modelos de túnel de vento

por Dr. Filomeno Martina, Fundador e CEO, WAAM3D

Em todo o mundo, espera-se que o mercado de túneis de vento cresça para US$ 3,19 bilhões em 2027, com um CAGR de +3,3%. Desde que os primeiros túneis de vento fechados tornaram-se operacionais em 1800, eles provaram o seu valor em investigações aerodinâmicas e têm sido um contribuidor fundamental para todos os principais programas de aeronaves. À medida que os veículos aéreos não tripulados (UAVs) se tornam cada vez mais populares, os modelos de túnel de vento mostram mais uma vez o seu potencial para ajudar os engenheiros a melhorar a relação sustentação-arrasto (ou relação L/D) destes e de muitos outros componentes aeroespaciais.

Neste artigo, o Dr. Filomeno Martina, CEO e cofundador da WAAM3D, discute como a impressão 3D em metal está sendo usada por empresas de pesquisa aeroespacial para melhorar o desenvolvimento e inovação de seus produtos e como está o desempenho desses protótipos.

O teste e o desenvolvimento de uma peça aeroespacial por meio do projeto de protótipo pode ser um processo longo, demorado e caro. Porém, esta etapa é vital, pois quanto mais eficaz for o protótipo, melhor será o produto acabado. Além de serem utilizados em fases avançadas e de pré-produção, os protótipos metálicos também podem ser utilizados numa fase inicial, especialmente quando é necessário avaliar o desempenho mecânico e funcional. Os protótipos de metal podem ser feitos de alumínio, aço ou outros materiais e criados usando uma variedade de processos, como usinagem CNC, conformação de chapas metálicas, fundição ou impressão 3D de metal.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) é uma técnica de impressão 3D de metal que tem o potencial de transformar protótipos aeroespaciais em grande escala e a produção de componentes. Isso ocorre porque evita o desperdício caro associado à usinagem de materiais como o titânio e pode criar estruturas menos complexas e de médio a grande porte em uma variedade de materiais (desde titânio, alumínio, metais refratários, aço, bronze e cobre até Invar, Inconel e magnésio). É particularmente adequado para construir componentes de aeronaves de médio a grande porte, como cruciformes, flanges, painéis reforçados e nervuras de asas.

RoboWAAM é a plataforma de impressão aditiva de metal 3D de grande formato da WAAM3D (Imagem: WAAM3D)

Nos últimos anos, a Aircraft Research Association Ltd (ARA), com sede em Bedford, Reino Unido, tem procurado maneiras de melhorar os prazos e os custos para a criação de modelos. Tendo passado muitos anos fornecendo pesquisa e desenvolvimento independentes para a indústria aeroespacial do Reino Unido, a empresa tem uma base global de clientes que se estende desde a costa oeste da América do Norte, passando pela Europa, até o Extremo Oriente da Ásia. A ARA também é reconhecida como um Centro de Excelência em Aerodinâmica e, tendo trabalhado em muitos projetos inovadores para os principais fabricantes de aeronaves comerciais e sistemas de defesa do mundo, está acostumada a ampliar os limites do design em busca de vantagens técnicas.

Tendo investigado anteriormente o potencial de uma asa de aço com os fundadores do WAAM3D e sua equipe em Cranfield, os engenheiros aerodinâmicos da ARA sabiam que o WAAM tinha o potencial de reduzir os prazos e custos do modelo de túnel de vento. Para testar esta teoria, a ARA escolheu um nariz cônico de alumínio com 190 mm de diâmetro e 350 mm de comprimento para ser produzido usando o processo WAAM que poderia ser integrado em um modelo de túnel de vento como parte de um programa financiado por pesquisa e inovação Clean Sky 2 (sob o Acordo GA no. 864803).

O cone do nariz de alumínio com 190 mm de diâmetro e 350 mm de comprimento foi produzido pela máquina RoboWAAM (Imagem: WAAM3D)

Com base na pesquisa da Cranfield University realizada desde 2006, a WAAM3D é líder na fabricação aditiva em larga escala. Tendo experiência no fornecimento de soluções prontas para uso com base em produtos, serviços e materiais desenvolvidos internamente, a equipe trabalhou em estreita colaboração com a ARA para otimizar o design do cone do nariz e garantir sua entrega em termos de economia de tempo e custos. Para fazer isso, a equipe WAAM3D considerou a geometria e certificou-se de que a maior parte da matéria-prima da barra inicial fosse construída em torno de um amortecedor de vibração integrado ao cone do nariz. Isso minimizou o material depositado, economizando tempo, dinheiro e materiais.