Manufatura aditiva com aço inoxidável pode ser feita no espaço

No final de maio de 2024, uma impressora 3D de metal no módulo Columbus Laboratory da Agência Espacial Europeia (ESA) na Estação Espacial Internacional (ISSdeu um importante passo para a fabricação em órbita. Pela primeira vez, criou uma pequena curva em S a partir de aço inoxidável liquefeito e provou que a manufatura aditiva de aço 3D pode ser feita no espaço, de acordo com texto publicado pela Worldsteel.

“Esta curva S é uma linha de teste, concluindo com sucesso o comissionamento da nossa impressora 3D de metal”, explicou o oficial técnico da ESA, Rob Postema. “O sucesso desta primeira impressão, juntamente com outras linhas de referência, nos deixa prontos para imprimir peças completas num futuro próximo”, complementa.

As impressoras 3D baseadas em polímeros já imprimem objetos de plástico na ISS há algum tempo, mas a impressão em metal era um desafio maior, pois envolve temperaturas muito mais altas e lasers para derreter o metal.  Com esta impressora de aço, um fio de aço inoxidável é alimentado na área de impressão e depois aquecido por um laser de alta potência, que é cerca de um milhão de vezes mais forte que um apontador laser padrão. À medida que o fio derrete, o aço inoxidável é impresso na forma desejada.

Proteger a ISS do ambiente de impressão agressivo causado pelo laser e pelo calor que ele gera foi inicialmente um problema, disse Sébastien Girault, engenheiro de sistemas de impressoras 3D de metal da Airbus. “A impressora fica em uma caixa de metal lacrada, que funciona como um cofre. O ponto de fusão das ligas metálicas compatíveis com este processo pode ser muito superior a 1.200°C graus, em comparação com cerca de 200°C graus para o plástico, o que implica um controle térmico fino.

“O gerenciamento da gravidade também é fundamental, por isso escolhemos a tecnologia de impressão baseada em fio. O fio é independente da gravidade, ao contrário do sistema à base de pó, que sempre tem que cair no chão”, afirma Girault.

OPERADO DA TERRA – A impressora, que tem aproximadamente o tamanho de um forno de micro-ondas, é controlada por operadores na Terra, no Centro de Suporte ao Usuário Cadmos, na França. Tudo o que a tripulação da ISS precisa fazer é abrir uma válvula de nitrogênio e ventilação para permitir o início da impressão.

O design da impressora 3D de metal é baseado em fio de aço inoxidável alimentado na área de impressão, que é aquecida por um laser de alta potência, cerca de um milhão de vezes mais potente que um apontador de laser padrão. À medida que o fio mergulha na poça de fusão, a extremidade do fio derrete para que o metal seja adicionado à impressão.

Para testar as possibilidades da impressora de aço inoxidável no espaço, ela imprimirá inicialmente algumas formas pré-determinadas, que depois serão devolvidas à Terra para que possam ser comparadas com a qualidade de impressão e desempenho das mesmas impressões feitas no solo com normal gravidade. Os cientistas irão comparar os dados dos testes realizados no espaço e na Terra para compreender como o processo e o metal são afetados pela microgravidade.

“Duas dessas peças impressas serão analisadas no Laboratório de Materiais e Componentes Elétricos da Estec, na Holanda, para nos ajudar a entender se a microgravidade prolongada tem efeito na impressão de materiais metálicos. Os outros dois irão para o Centro Europeu de Astronautas e para a Universidade Técnica da Dinamarca, DTU”, revelou o engenheiro de materiais da ESA, Advenit Makaya, da Direção de Tecnologia, Engenharia e Qualidade da ESA.

A ESA planeia utilizar a impressora 3D de aço inoxidável para ajudar a criar uma economia circular no espaço. Para prolongar a vida útil dos equipamentos espaciais e otimizar recursos, espera que, uma vez totalmente operacional, possa ser utilizado para imprimir peças e ferramentas necessárias em órbita, evitando a necessidade de serem entregues por foguetes a partir da Terra.

“A impressão 3D de metal na impressão espacial é uma capacidade promissora para apoiar futuras atividades de exploração, mas também além, para contribuir para atividades espaciais mais sustentáveis, através da fabricação in-situ, reparo e, talvez, reciclagem de estruturas espaciais, para uma ampla gama de aplicações. Isto inclui a fabricação e montagem de grandes infraestruturas em órbita, bem como o assentamento humano planetário a longo prazo. Estes aspectos são focos-chave nas futuras iniciativas transversais tecnológicas da ESA”, diz Tommaso Ghidini, chefe do Departamento de Mecânica da ESA.

O astronauta Andreas Mogsen posou para foto, após instalar a impressora 3D. (texto: Franco Tanio /foto: Divulgação)