Agência Espacial Europeia apoia projeto de engrenagem sem atrito impressa em 3D

As indicações já estão abertas para o 3D Printing Industry Awards 2023. Quem são os líderes em impressão 3D? Descubra no dia 30 de novembro, quando os vencedores das vinte categorias serão anunciados durante uma cerimônia de premiação ao vivo em Londres.

O Centro Suíço de Eletrônica e Microtecnologia (CSEM) colaborou com especialistas em impressão 3D de metal 3D Precision and Space e Naval SME Almatech SA para projetar, imprimir em 3D e testar um Mecanismo de Redução de Rotação Compatível (CRRM).

Impresso em 3D tudo-em-um em aço inoxidável de alto desempenho, o CRRM é um 'mecanismo compatível' com engrenagem sem atrito.

O sistema de engrenagens foi projetado para permitir a rotação precisa de componentes aeroespaciais, como propulsores, sensores e lentes ou espelhos telescópicos, sem a necessidade de lubrificação. Para conseguir isso, o CRRM emprega flexão, ou “deformação elástica”, e incorpora 24 lâminas dobráveis, 16 das quais são interligadas.

O projeto, denominado “COMAM”, teve início em 2018 e foi financiado pelo Programa Geral de Tecnologia de Apoio (GSTP) da Agência Espacial Europeia (ESA). Projetado pelo CSEM, o CRRM foi impresso em 3D pela 3D Precision, enquanto os testes de desempenho foram realizados pela Almatech SA.

“As peças deformáveis ​​e rígidas são construídas em conjunto como uma única estrutura monolítica, evitando qualquer montagem e alinhamento demorados”, explicou o Oficial Técnico da ESA, Paolo Zaltron. “Seus formatos incomuns ultrapassaram os limites das tecnologias de Manufatura Aditiva e são o resultado de técnicas avançadas de otimização que levam a uma alta flexibilidade e baixa massa sem precedentes.”

Impressão 3D de uma engrenagem sem atrito

Em aplicações espaciais, o uso de lubrificação pode levar à contaminação indesejada de sistemas delicados e induzir desgaste, o que pode reduzir a vida operacional geral do componente. Como tal, mecanismos sem atrito, que não requerem qualquer lubrificação, são particularmente atraentes.

Embora os mecanismos compatíveis sejam bem conhecidos em aplicações espaciais, sendo frequentemente empregados onde é necessário movimento de atrito zero, seu projeto e produção são desafiadores. Isso ocorre porque esses mecanismos possuem arquitetura complexa e são compostos por diversas peças precisas que, tradicionalmente, são usinadas, verificadas, alinhadas e fixadas entre si.

A manufatura aditiva oferece vantagens significativas na produção desses mecanismos, incluindo liberdade de design e a possibilidade de produzir formas monolíticas complexas sem quaisquer requisitos de montagem. Na verdade, afirma-se que a integração de 24 lâminas de flexão no CRRM para formar pivôs cruzados e oito estágios intermediários não seria possível em um volume tão pequeno sem o uso da fabricação aditiva. Além disso, graças aos benefícios da impressão 3D, não é necessário alinhamento entre as estruturas de flexão para garantir uma cinemática adequada.

Para projetar o mecanismo, a equipe combinou otimizações paramétricas e topológicas. Diz-se que esta combinação melhorou significativamente a massa e as frequências próprias da peça, fornecendo um primeiro modo próprio de mais de 550 Hz. Em última análise, o CRRM permite uma redução do movimento rotativo com um fator de 10, especialmente útil para digitalização, apontamento, calibração ou mecanismos de espelho giratório.

Embora os resultados gerais deste projeto sejam vistos como “muito encorajadores”, os resultados dos testes de desempenho e vida útil sofreram com a distorção dos dois modelos de placas largas fabricados e testados.

Os resultados completos do processo de testes e mais informações sobre o desenvolvimento e produção do CRRM estão disponíveis no CEAS Space Journal.

Componentes aeroespaciais de impressão 3D

Usar a manufatura aditiva para a produção de componentes aeroespaciais não é novidade. No início deste ano, foi anunciado que a Conflux Technology, especialista australiana em transferência de calor, fez parceria com a fabricante alemã de foguetes espaciais Rocket Factory Augsburg (RFA) para incorporar sua tecnologia de trocador de calor Conflux impressa em 3D em um foguete orbital.