ORNL e Boeing desenvolvem molde de aço de duas toneladas por meio de impressão 3D

O Oak Ridge National Laboratory (ORNL), em parceria com a Boeing, desenvolveu um molde de aço de quase duas toneladas utilizando impressão 3D industrial. A peça, denominada Stamp Form Die (SFD), possui aproximadamente 1,8 metro de altura por 1,2 metro de largura e foi construída ao longo de oito semanas nos Estados Unidos.

Diferente de componentes destinados ao voo, esse objeto servirá como uma ferramenta de prensagem para moldar materiais compósitos termoplásticos, utilizados na fabricação de estruturas aeronáuticas, como portas. O projeto integra o programa Hi-Rate Composite Aircraft Manufacturing (HiCAM), coordenado pela NASA, que visa acelerar a produção de estruturas leves para aumentar a eficiência de combustível das aeronaves.

Tecnologia de fabricação e materiais

A construção utilizou o sistema Arc-1, localizado no Tennessee, que emprega a técnica Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM). O processo consiste em um braço robótico industrial que funde arame metálico por meio de uma tocha elétrica, depositando o material em camadas sucessivas.

Um dos diferenciais técnicos da operação foi a aplicação de metais híbridos na mesma peça:

• Aço de baixo teor de carbono: utilizado nas regiões estruturais para garantir rigidez e resistência.
• Aço inoxidável: aplicado na superfície de trabalho para oferecer maior resistência à corrosão e melhor acabamento.

Inovações em controle térmico e geometria

A fabricação aditiva permitiu a criação de canais internos curvos para a circulação de fluidos de aquecimento e resfriamento. Em moldes convencionais, esses canais são feitos por perfurações retas, o que limita a precisão térmica. A nova geometria permite que o controle de temperatura acompanhe o formato do molde, fator essencial para a conformação uniforme de termoplásticos.

Desafios de engenharia e precisão

A impressão de quase duas toneladas de metal gerou tensões residuais devido aos ciclos de aquecimento e resfriamento, o que poderia deformar a peça. Para mitigar esse risco, a equipe adotou duas estratégias:

1. Simulações computacionais: foram realizadas 32 iterações para prever torções e deslocamentos dimensionais.
2. Suportes temporários: a instalação de nervuras metálicas durante a impressão para manter a estabilidade da estrutura.

Essas medidas resultaram em um desvio de apenas alguns milímetros em relação ao projeto original.

Finalização e processamento industrial

Após a impressão, a ferramenta foi enviada à Baker Industries, em Michigan, para etapas de acabamento. O molde passou por um processo de recozimento para aliviar tensões internas, remoção das nervuras de suporte e usinagem final.

O resultado é uma solução híbrida que combina a fabricação aditiva com métodos tradicionais de metalurgia. Embora a demonstração técnica tenha sido bem-sucedida na criação de uma matriz complexa e volumosa, o projeto foi tratado como um caso de teste, e a viabilidade comercial em termos de custos e prazos comparados aos métodos convencionais ainda não foi detalhada.