Estudantes usam manufatura aditiva para produzir carros de competição

A Tecnun, equipe estudantil de competição automobilística da Universidade de Navarra, Espanha, projeta e fabrica seus próprios carros que disputam todos os anos a competição “Formula Student International”. Aproveitando a tecnologia de manufatura aditiva da Stratasys, fornecida pelo seu revendedor local, a Pixel Sistemas, a Tecnun agora é capaz de produzir moldes impressos em 3D extremamente complexos para peças-chave de corrida em poucas horas, em comparação às três semanas necessárias quando são utilizados moldes de alumínio fabricados por métodos tradicionais.

Com o tempo economizado durante a produção, a equipe pode fazer mais iterações em seus projetos, e desenvolver peças finais de fibra de carbono 60% mais leves do que aquelas fabricadas pelos métodos de produção convencionais, aumentando assim o desempenho dos carros na pista.

Como explica Javier Aperribay, diretor técnico da Tecnun Motorsport, o design do coletor de admissão, um componente vital para garantir que um volume suficiente de ar atinja os cilindros do motor para aumentar a velocidade, é crucial para o sucesso do veículo e uma área específica em que a tecnologia da Stratasys pode ser implantada.

“A fabricação de um coletor de admissão é extremamente complexa, uma vez que compreende vários componentes importantes, essenciais para a distribuição do ar ao longo de suas quatro unidades”, diz Aperribay. “Pretendemos criar coletores de admissão de compósitos de fibra de carbono, mas estamos conscientes de que a fabricação de tal peça requer um molde no qual seja possível modelar os materiais compósitos e então criar a peça final”.

“A usinagem CNC é usada para produzir o molde de alumínio. No entanto, este é tipicamente um processo inflexível e dispendioso. Além disso, as revisões de design subsequentes aplicadas ao molde acabam por atrasar o projeto e adicionar custos extras”, acrescenta.

Invariavelmente envolta em problemas por horários de produção apertados e restrições orçamentárias, a Tecnun testou, no passado, várias outras tecnologias de manufatura aditiva na esperança de encontrar alternativas mais rápidas e mais baratas para a produção de ferramentas de modelagem. Contudo, chegou-se à conclusão de que os plásticos não eram suficientemente fortes e acabavam quebrando durante o processo de modelagem.

Trabalhando com a Pixel Sistemas e usando uma impressora 3D Fortus 450mc da Stratasys, a Tecnun produz agora, com sucesso, ferramentas de molde para as peças, como o coletor de admissão. Elas são impressas em 3D com o material solúvel ST-130, antes do material compósito de fibra de carbono ser colocado em volta do molde. Uma vez curado, o núcleo interno é lavado, deixando a parte compósita final.

“O uso do ferramental FDM da Stratasys nos permite produzir o coletor de admissão em fibra de carbono, em vez de materiais mais pesados e menos eficientes”, destaca Aperribay. “A característica solúvel superior do material ST-130 permite uma forma mais complexa do coletor de admissão, em comparação aos moldes de alumínio, eliminando a necessidade de montar todos os componentes individualmente. Podemos, agora, obter os moldes impressos em 3D em apenas cinco horas, em oposição às três semanas necessárias para os moldes de alumínio convencionais”. De acordo com Aperribay, a equipe também está impressionada com o desempenho dos moldes de núcleo solúvel impressos em 3D durante os processos de modelagem e cura da fibra de carbono.

“Descobrimos que o material funciona em temperaturas elevadas de até 121°C e, em determinadas temperaturas, pressões de até 620 kPa durante a cura”, diz ele. “Ao contrário dos materiais anteriores, de polímeros aditivos, o molde não quebra e a qualidade do coletor de compósito de fibra de carbono resultante é fantástica”, compara.

“O uso desta tecnologia facilitou a reação de combustão ideal e vimos aumentar o desempenho na pista”, afirma Aperribay. “Avançando, há poucas dúvidas de que as ferramentas FDM desempenharão um papel crucial na superação de nossos desafios atuais de engenharia”.