Impressão 3D no espaço aeroespacial

A impressão em 3D tem um enorme potencial, em particular na indústria aeroespacial. A utilização de fabrico de aditivos aqui implica, entre outras coisas, poder fabricar peças sobressalentes a bordo da estação espacial e também em foguetes, resolver o problema alimentar a bordo do ISS e módulos posteriores, e também preparar para outra aterragem na lua. Poderíamos também imaginar que esta tecnologia poderia ser utilizada para viagens a Marte. Mas provavelmente levará vários anos até que a primeira missão a Marte se realize. Naturalmente, o tempo não ficará parado até lá na investigação e utilização de fabrico de aditivos no espaço aéreo.

Porque é que o espaço aéreo beneficia da impressão em 3D?

Há muito poucas matérias primas utilizáveis no espaço. Ao mesmo tempo, há muita poeira a flutuar no ar. A ideia é adicionar partículas microscópicas à poeira agregada para criar estruturas sólidas utilizando o fabrico de aditivos. As peças sobressalentes podem ser feitas a partir destas estruturas, mas também de peças recicláveis de plástico e metal que podem ser trituradas no local e transformadas em novo filamento. Estes podem então ser incorporados em dispositivos ou aparelhos, utilizados para experiências científicas e afins. Mesmo os alimentos podem ser visualmente mais apelativos com uma impressora 3D. Para este fim, a NASA, por exemplo, financiou um projecto da Systems and Materials Research Corporation para fazer avançar o desenvolvimento de impressoras alimentares 3D que podem ser utilizadas num ambiente sem peso.

Além disso, é muito dispendioso enviar ferramentas e outros materiais para o ISS por foguetão. O custo por quilograma é o equivalente a cerca de 17.000 dólares americanos. Portanto, faz mais sentido enviar material que é depois formado numa ferramenta, peça sobressalente ou similar no local e que pode eventualmente ser reciclado novamente mais tarde. O transporte da impressora 3D e do filamento é, portanto, consideravelmente mais barato do que o transporte de ferramentas e peças sobressalentes acabadas, que depois também têm de ser armazenadas.

Impressora 3D para gravidade

A NASA, em conjunto com a empresa Made in Space, desenvolveu uma impressora 3D chamada Zero G, que funciona sem gravidade. Este dispositivo utiliza tecnologia FDM (Fused Deposition Modelling) e já foi testado com sucesso. Nessa altura, a estação terrestre transmitiu o ficheiro para a ISS, onde a impressora 3D fez então uma catraca.

Outro objectivo é agora a criação de uma base de dados que contenha todos os ficheiros 3D para peças que serão necessárias na estação espacial. Se tal componente falhar, pode ser reimpresso directamente no local, o que leva muito menos tempo do que o transporte de uma peça de substituição por foguetão. Para não mencionar o factor de custo.

Pressão alimentar no espaço

Os engenheiros da NASA desenvolveram uma tecnologia para alimentar os astronautas durante longos voos espaciais ou missões espaciais. Por exemplo, desenvolveram uma impressora 3D que pode produzir uma pizza tridimensional no espaço. Uma vez que as pizzas são feitas em camadas (primeiro a massa, depois o molho de tomate, depois mais coberturas e finalmente o queijo), isto adequa-se muito bem à impressão em 3D, porque também aqui a impressão é feita em camadas. A pizza deve demorar apenas alguns minutos a ficar pronta.

Construção de uma estação lunar também concebível com a ajuda da impressão em 3D

A Agência Espacial Europeia (ESA) espera utilizar a impressão 3D para construir uma estação lunar. Para este fim, o estúdio de arquitectura Fosters + Partners, juntamente com a empresa Monolite UK, concebeu uma estrutura que mais tarde será montada numa cúpula na lua. Esta cúpula é construída na Terra, depois erguida no local e solidificada com material disponível na Lua. A cúpula serve de defesa contra os impactos dos meteoritos e filtra tanto a radiação solar como os raios gama.

Motor da impressora 3D

Já em meados desta década, a ESA apresentou o primeiro motor impresso 3D para naves espaciais, equipado com uma câmara de combustão de platina. A utilização da impressão em 3D trouxe algumas vantagens à luz. O motor em si é tão potente como um motor fabricado convencionalmente. As vantagens desta tecnologia incluem custos de produção mais baixos e a utilização de novos materiais.

Para um motor 1D, SpaceX apresentou uma válvula de oxidação. Este deve ser instalado em foguetes Falcon 9.

Impressão 3D na aviação

As impressoras 3D estão a ser cada vez mais utilizadas não só em viagens espaciais, mas também na aviação. Por exemplo, a Stratasys anunciou há algum tempo que tinha instalado 1.000 peças impressas em 3D num Airbus. A Pratt & Whitney juntou-se à Bombardier para permitir o fabrico de peças de motor impressas em 3D. O fabricante de aeronaves Boeing também reconheceu os sinais dos tempos e solicitou uma patente que permite imprimir peças sobressalentes para as suas máquinas através do fabrico de aditivos. Isto permite reduzir consideravelmente os custos de transporte e armazenamento.

O fabricante de aviões Boeing associou-se à Thermwood para produzir uma grande peça de ferramentas impressas em 3D. Esta ferramenta será utilizada no avião X777.

A Siemens também está empenhada na utilização e desenvolvimento futuro da impressão em 3D. Por exemplo, a empresa juntou forças com o fabricante de peças aeronáuticas Strata para imprimir armações de monitores para aviões da Etihad Airline que são encastrados nas costas dos assentos na parte de trás. Até então, os quadros ainda tinham de ser retrabalhados manualmente.

Conclusão

A utilização da impressão em 3D na indústria aeroespacial traz muitas vantagens. Estes incluem não só as quantidades inferiores de consumíveis em comparação com a produção convencional e a produção de geometrias complicadas “a partir de um único molde”, mas também os custos mais baixos. Além disso, as peças impressas em 3D são frequentemente muito mais leves. Naturalmente, cada quilograma de peso poupado tem um efeito positivo no consumo de combustível. Outra vantagem, especialmente para viagens espaciais, é que os objectos podem ser fabricados directamente no local – ou seja, também na estação espacial ou mais tarde na lua e em Marte.

Mais literatura/ fontes:

• https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1115.html
• https://www.detail.de/blog-artikel/lebensraum-aus-dem-drucker-mondprojekt-von-foster-partners-22990/
• https://blog.thermwood.com/boeing-and-thermwood-partner-to-demonstrate-new-3d-printing-technology-0
• https://www.siemens.com/innovation/de/home/pictures-of-the-future/industrie-und-automatisierung/3d-druck-ersatzteile-fuer-flugzeuge.html