Como o avanço rápido da impressão 3D em metal pode ser útil na construção

E alegaram que a nova técnica, chamada impressão em metal líquido (LMP), poderia ser utilizada em aplicações arquitetônicas e de construção.

Skylar Tibbits, professor associado do Departamento de Arquitetura do MIT, autor sênior de um novo artigo sobre a técnica, disse ao Construction Briefing : “Arquitetonicamente, estamos interessados em qualquer estrutura de alumínio, desde fachada externa, fenestração e telas, até detalhes externos, como grades, suportes e componentes, além de detalhes de interiores como prateleiras, biombos e móveis.

O processo de impressão de metal líquido envolve o depósito de alumínio derretido ao longo de um caminho predefinido em um leito de minúsculas esferas de vidro (Imagem: MIT Self-Assembly Lab)

“O alumínio é amplamente utilizado na arquitetura por ser leve, reciclável e facilmente trabalhável. Provavelmente não fabricaríamos componentes estruturais ou reforços de vergalhões, já que não imprimimos com aço, mas isso poderia ser uma possibilidade no futuro.”

LMP envolve a deposição de alumínio fundido ao longo de um caminho predefinido em um leito de minúsculas esferas de vidro. O metal endurece em uma estrutura 3D em um processo que os pesquisadores afirmam ser 10 vezes mais rápido do que processos comparáveis de fabricação aditiva.

A estrutura 3D criada no processo de impressão é durável o suficiente para resistir à usinagem pós-impressão, como fresamento e mandrilamento.

Os pesquisadores por trás do processo disseram no novo artigo que, dentro da arquitetura e da construção, a fabricação aditiva por arco de soldagem é uma das únicas técnicas de aditivos metálicos com capacidade de produzir peças em grande escala e que esse processo é limitado por velocidades lentas de impressão.

Mas há uma compensação.

Embora o LMP permita uma impressão mais rápida em escala, com componentes de impressão maiores do que aqueles normalmente produzidos por técnicas aditivas mais lentas, ele não consegue atingir resoluções tão altas.

O processo LMP pode permitir a impressão de geometrias complexas, como a espiral vista aqui. (Imagem: MIT Self-Assembly Lab)

Isso torna difícil adicionar detalhes finos. Mas os investigadores do MIT argumentaram que isto ainda o tornava adequado para algumas aplicações de construção. No artigo, eles disseram: “A impressão em metal líquido é conceitualmente semelhante à fundição de forma livre, onde uma grande quantidade de metal é derretida e rapidamente distribuída ao longo de um percurso de ferramenta predefinido para produzir uma forma 3D.

“O setor da construção é responsável por cerca de um terço das emissões globais de energia e processos. Entre os materiais produzidos mais de um milhão de toneladas por ano, a grande maioria é utilizada para fins estruturais, incluindo concreto, aço e alumínio.”

Eles argumentaram que isto significa que a vida útil de um material precisa de “consideração substancial” e que a impressão 3D em alumínio poderia oferecer benefícios ambientais devido à “retenção de metal potencialmente elevada entre a fundição e a reformulação na sua reciclagem”.

Vantagens sobre WAAM

O professor Tibbits disse: “Esta é uma direção completamente diferente na forma como pensamos sobre a fabricação de metal, que apresenta enormes vantagens. Também tem desvantagens. Mas a maior parte do nosso mundo construído – as coisas ao nosso redor como mesas, cadeiras e edifícios – não precisa de resolução extremamente alta. Velocidade e escala, e também repetibilidade e consumo de energia, são métricas importantes.”

Os pesquisadores também afirmaram que a nova técnica tem vantagem sobre a fabricação aditiva de arco de arame (WAAM), que já está entrando em aplicações de construção e arquitetura , o que permite a produção de estruturas grandes e de baixa resolução.

Eles disseram que enquanto as estruturas WAAM podem ser propensas a rachaduras e empenamentos porque algumas partes precisam ser fundidas novamente durante o processo de construção, o LMP mantém o material fundido durante todo o processo, evitando alguns desses problemas estruturais.

Como funciona

O processo LMP funciona depositando pedaços de alumínio do tamanho de um pão em um forno elétrico e aquecendo-os a 700°C. O alumínio é mantido em um cadinho de grafite e alimentado através de um bico de cerâmica até uma base de impressão ao longo de um caminho predefinido. Mas ao injetar o material fundido em uma substância granular, os pesquisadores não precisam de suportes de impressão para segurar a estrutura à medida que ela toma forma.

O autor principal, Zain Karsan, que agora é estudante de doutorado na ETH Zurich, acrescentou: “Nossa taxa de processo é realmente alta, mas também é muito difícil de controlar. É mais ou menos como abrir uma torneira. Você tem um grande volume de material para derreter, o que leva algum tempo, mas depois de derreter é como abrir uma torneira. Isso nos permite imprimir essas geometrias muito rapidamente.”

À medida que desenvolvem a tecnologia, os pesquisadores querem permitir um aquecimento mais consistente no bico para evitar que o material grude e também para obter melhor controle sobre o fluxo do material fundido.