Notícia

Metalurgia e Materiais

Fiber Placement

Publicado em 01 julho 2011

Após décadas de uso restrito em alguns setores da indústria, como na área de mísseis, foguetes e aeronaves de geometrias complexas, os compósitos poliméricos estruturais têm ampliado a sua utilização em diferentes setores da indústria, com um crescimento de uso de 5% ao ano (REZENDE e BOTELHO, 2000).

A utilização de compósitos como matéria-prima para fabricação de componentes estruturais procura correlacionar as propriedades dos materiais, o desempenho estrutural do componente e os diferentes processos de manufatura, para a redução de custo. Para tal, são desenvolvidos processos e equipamentos que favorecem maior produtividade, reprodutividade e menores custos. Com isto, os compósitos poliméricos estruturais têm ampliado as suas aplicações em outras áreas, como os setores automotivo, de petróleo e gás, defesa, geração de energia, transporte, artigos esportivos, artigos médicos e construção civil.

O Laboratório de Estruturas Leves (LEL) do IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas, em São José dos Campos, terá como uma das principais funções sustentar o desenvolvimento de processos de fabricação e produtos em materiais compósitos. Para isso conta com o aporte de recursos do BNDES (Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social), FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos), FAPESP (Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo), e Governo do Estado de São Paulo. Quando estiver totalmente implantado, no segundo semestre de 2012, este Laboratório atuará em pesquisa, desenvolvimento e inovação de estruturas leves, em conjunto com outros laboratórios do IPT e com as universidades. Além da área de compósitos o Laboratório atuará também na área de ligas metálicas de alto desempenho e nas junções e uniões dos diferentes materiais.

O primeiro equipamento instalado e operando no LEL é a Viper 1200 Fiber Placement Machine, adquirido da empresa MAG/Cincinnati (EUA), com recursos da FINEP, capaz de construir superfícies planas e complexas por meio de deposição de fitas de compósitos pré--impregnadas com resina termofixa. A composição das fitas está relacionada com a aplicação e funcionalidade do produto, sendo comumente utilizadas fibras de carbono, aramidas, fibras de vidro e combinações destas. A máquina possui sete eixos de movimento (três eixos de posicionamento, três de orientação e um para rotação da peça), controlados individualmente por comando numérico computadorizado - CNC. Todos esses eixos são necessários para assegurar que o cabeçote fique normal à superfície enquanto a máquina estiver depositando as fitas (tows) - 12 fitas de 3,2mm (1/8")-O cabeçote de deposição de fibras é montado no final dos eixos de orientação (punho) e é responsável por posicionar individualmente cada fita para, coordenado com os outros eixos, para deposição precisa no mandril (molde).

O processo consiste em direcionar as fitas até o cabeçote de deposição, onde elas são posicionadas, tensionadas, depositas e compactadas sobre a superfície de trabalho, que fica montada entre o ponto e contraponto da máquina. As fitas são então cortadas e reposicionadas para reinicio do processo. A máquina possibilita que cada fita seja individualmente controlada, permitindo deposição de superfícies complexas e planas, com furos e limites também complexos. Desta forma a geometria final obtida apresenta-se próxima dos requisitos desejados, restando apenas processo de cura e consolidação do compósito e eventual acabamento para ser executado.

Semelhante a outras máquinas CNC, esta máquina utiliza uma ferramenta CAM (Computer-Aided Manufacturing) para tornar a programação mais ágil e o processo mais produtivo. O software ACE (Advanced Composite Environment), produzido também pela empresa MAG/Cincinnati, proporciona integração com a plataforma CAD (Computer-- Aided Design) e simulação não somente dos limites da máquina, mas do processo em si. Desta forma, os programas gerados pelo software diminuem os erros de fabricação e eventual perda de peças.

As características acima descritas resumem brevemente o potencial dos materiais compósitos no desenvolvimento de novos produtos e estruturas de alto desempenho, o que justifica a crescente substituição das ligas metálicas por estes materiais. Fator que vem direcionando pesquisas nesta área particular e que motivou o IPT para desenvolver capacitação e consolidação em estruturas leves.