A impressão 3D tem sido tema de discussões intensas nos últimos anos, e ainda há grandes desenvolvimentos pela frente.

No geral, ainda se fala que a tecnologia de impressão 3D está engatinhando, mas isso está longe de ser verdade. Já é possível produzir objetos de grande escala em diversos materiais e com resistência à tensão e duração notáveis.

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A escavadeira impressa em 3D do ORNL se põe a prova.

Um exemplo é a Aecom, que trabalha com com a Transport For London (TFL) em um projeto de modernização para aumentar a capacidade e a confiabilidade nas linhas Circle, District, Hammersmith & City e Metropolitan. O diretor do projeto da Aecom, Dan Smith, comentou que “a TFL estava ávida por uma solução para reduzir tempo e custos na instalação de um sistema de sinalização visual. Ao analisarmos a substituição do método tradicional de pinos e parafusos, surgiu o conceito de um arco que não precisa ser aparafusado a nenhum dos túneis existentes”.

O conceito é inovador por ser uma estrutura de grande escala impressa em 3D com capacidade de suportar o equipamento de sinalização. “Seu tamanho é de 5,5 metros de altura e 4 metros de largura. Com os nossos sócios da Scaled, é possível imprimir até 20 metros de comprimento e 4 metros de largura, e acredito se tratar da maior impressora 3D da Europa”, explica o executivo. A impressora Scaled tem capacidade de imprimir em concreto e concreto melhorado com grafeno, mas atualmente é usada para experimentações com diferentes tipos de fibra de vidro, composto e fibra de carbono. No total, estão sendo pesquisados cerca de 60 materiais para diversas aplicações na construção.

Para o projeto da TFL, a Aecom está trabalhando com plástico reforçado com fibra de vidro. Usando este material leve, a estrutura de sinalização pode ser levada até o local por apenas duas pessoas no nível do solo, e o processo de instalação se completa em um turno. Como medida de comparação, a instalação das sinalizações atuais demanda mais pessoal, quatro turnos e a assistência de uma plataforma elevatória de tesoura. Considerando os custos reduzidos de produção e instalação, a economia de tempo e a melhoria na segurança, parece que esta é uma clara vitória da impressão 3D.

Equipamentos

No outro extremo do espectro da construção, a Caterpillar tem desenvolvido operações em impressão 3D desde 1994. Inicialmente, a empresa criou grupos de engenharia dedicados principalmente à pesquisa, antes de passar à criação de protótipos e à impressão de ferramentas da linha de montagem. Este trabalho inovador permitiu à CAT produzir comercialmente quase 100 componentes, sendo todos — exceto um —fabricados a partir de polímeros.

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Ferramenta do laboratório da Volvo CE, feita com impressão 3D, para montar peças em um eixo.

“Avançamos muito com essa tecnologia, mas ainda não estamos confiantes de utilizá-la em equipamentos de segurança ou na fabricação de grandes peças de metal. Estas áreas, aliás, são foco de muitas das pesquisas que estamos desenvolvendo”, informa Don Jones, gerente global de estratégia e transformação de peças da CAT. O desenvolvimento da impressão 3D com metal e ligas metálicas é considerado um passo crucial para o segmento. “O rápido avanço da tecnologia nos permitiu fazer o que estamos fazendo hoje com os polímeros. Acreditamos que os progressos recentes com metais nos darão a oportunidade de ser um apoio real para o nosso mercado de pós-venda”, comenta Jones.

Um trabalho interessante nesse setor está sendo realizado pelo Laboratório Nacional Oak Ride (ORNL, em inglês), no estado americano do Tennessee, onde foi construída uma miniescavadeira completamente funcional. Neste projeto, o laboratório utilizou três conjuntos diferentes de impressoras, materiais e processos para criar a cabine do equipamento, o braço e o sistema de arrefecimento, demostrando como é possível integrar diferentes áreas.

Impressa em apenas cinco horas, a cabine é feita de composto de fibra de carbono. Uma liga de alumínio é a base do sistema de arrefecimento de 5,9kg e o braço foi impresso em uma peça única de aço. O ORNL usou modelos térmicos e mecânicos para analisar as possíveis áreas de estresse, gerando as informações necessárias para os pesquisadores determinarem como o material deveria ser depositado pelo bico extrusor da impressora para um rendimento máximo.

A Volvo CE é outro OEM com capacidade de impressão 3D bem desenvolvida. O gerente de suporte empresarial, Jasenko Lagumdzija, sinaliza que “é especialmente útil para a manutenção das máquinas mais antigas, cujas peças desgastadas não se fabricam de maneira eficiente com os métodos de produção tradicionais. A produção de peças novas com impressão 3D reduz o tempo e os custos, sendo uma forma eficaz de ajudar os clientes”.

Atualmente as peças da Volvo impressas em 3D incluem elementos internos da cabine, revestimentos de plástico e seções de unidades de ar condicionado. A companhia insere na impressora os seus próprios arquivos de desenvolvimento de peças, modelos 3D e informação dos produtos. “A qualidade é totalmente garantida. As peças 3D têm as mesmas especificações, passam pelo mesmo processo do original e obtêm a mesma garantia, e com isso os clientes podem ficar seguros de que terão em mãos uma peça autêntica aprovada pela Volvo”, comenta Annika Fries, gerente de marcas de pós-venda.

Apesar do argumento comercial de produzir peças de reposição com impressão 3D ser extremamente persuasivo, existem áreas que de certa forma freiam este desenvolvimento. “Todos nós estamos dedicados a aperfeiçoar um modelo de negócio que nos permita proteger a nossa propriedade intelectual”, ressalta Don Jones, da Caterpillar.

Se por um lado salvaguardar os custosos avanços é um tema complexo, talvez o assunto mais difícil de resolver ainda seja o uso de metal como matéria prima. Quando a indústria atingir a capacidade de produzir metal de alta qualidade com um custo atrativo, será uma verdadeira mudança de paradigma. Uma vez conquistado este patamar, e as pesquisas estão evoluindo bem rápido para isso, muitas novas oportunidades serão criadas.

A Liebherr está avançando a passo largos na impressão 3D com componentes metálicos. No entanto, como muitos fabricantes, a companhia é resistente em revelar maiores detalhes — uma postura compreensível, considerando as possibilidades de mudança no modelo industrial.

Nas suas instalações em Lindenberg, a divisão aeroespacial da empresa está trabalhando com impressão 3D em titânio. No início do ano, foi instalada uma segunda impressora, ficando então com uma máquina para produção e outra especialmente para pesquisa e desenvolvimento. As peças fabricadas na instalação são de qualidade tão alta que foram aprovadas pelo órgão federal de aviação da Alemanha.

Futuro próximo

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A divisão aeroespacial da Liebherr tem testado a impressão em 3D com titânio.

Dado o avanço incontestável da tecnologia de construção, mais cedo ou mais tarde a indústria terá de abordar várias questões, como a necessidade cada vez menor de mão de obra. E se os veículos autônomos já são uma realidade, o potencial para uma grande parcela —se não a totalidade — dos equipamentos de construção serem produzidos por impressão 3D está claramente no horizonte.

Não é exagero imaginar veículos autônomos construídos de forma autônoma, transportando impressoras 3D a canteiros de obras com pouca ou nenhuma intervenção humana necessária. Um exemplo são os habitats interplanetários planejados pela NASA, previstos para operar em Marte utilizando materiais locais coletados por máquinas autônomas. A ideia é que os habitats sejam construídos antes da chegada de qualquer equipe humana.

Com projetos como este pensados para outro planeta, é possível garantir que não passará muito tempo antes que estas técnicas de construção em 3D se tornem comuns aqui na Terra.

Uma casa por dia

No início de 2017, a Apis Cor, uma startup com sede na Sibéria, começou a imprimir casas no canteiro de obras. A empresa se converteu em uma sensação midiática quando imprimiu uma casa de 38 m2 nos arredores de Moscou em apenas 24 horas, utilizando a sua própria impressora móvel.

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A estrutura destas casas é inserida na máquina, que funciona de forma autônoma.

A estrutura destas casas é inserida na impressora, que funciona de forma autônoma, restando apenas as janelas e acabamentos interiores para serem feitos por uma equipe humana. A casa simples de paredes curvas, que se tornou o design marcante da empresa, aparentemente se constrói com apenas US$ 10 mil, e edifícios maiores (atualmente até três andares) também são viáveis.

Não é de estranhar então que o fundo de capital privado russo Rusnano Sistema Sicar anunciou que, até o final do ano, vai investir US$ 6 milhões na Apis Cor, argumentando que ela não tem “nenhum equivalente no mundo”.

A companhia ainda declarou que “espera que a tecnologia Apis Cor reduza o custo de produção de casas rurais em 19% em comparação com as de concreto celular já no próximo ano, com uma diminuição potencial nos custos residuais de até 30%”.

Por tudo isso, a Apis Cor conseguiu entrar no desafio Printed Habitat Challenge da NASA, que tem como objetivo criar alojamento adequado para viajantes espaciais, principalmente para a missão tripulada a Marte. Talvez não seja uma surpresa encontrar empresas da construção envolvidas neste desafio, como as gigantes Bechtel e Caterpillar, que são as anfitriãs do evento.