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Nov 30, 2023

A tecnologia de colocação de fibra sob medida está tornando a fibra de carbono uma opção mais viável

Os avanços na tecnologia de colocação de fibras sob medida estão tornando a fibra de carbono uma opção mais

Avanços na tecnologia de colocação de fibra sob medida estão tornando a fibra de carbono uma opção mainstream mais viável. Mais barato, mais forte e muito mais adaptável, as possibilidades de fabricação são vastas, como explica Richard Harrington

Adicionar 'leveza' é um método eficaz para aumentar a eficiência e melhorar o desempenho. Os compósitos têm sido um item da moda para obter resultados de redução de peso, mas refinamentos recentes no processo de colocação de fibra sob medida (TFP) ampliam ainda mais os benefícios tradicionais trazidos pelo uso de fibra de carbono, incluindo maior resistência. O TFP moderno também reduz os custos e torna o compósito adequado para aplicações mais amplas.

"Além de um punhado de aplicações de baixo volume, a indústria automotiva descobriu que a produtividade relativamente baixa, os altos custos, o desperdício de material e os processos de fabricação intensivos em mão-de-obra têm sido proibitivos para a adoção em larga escala da fibra de carbono como material para grandes ou complexos componentes", explica Julius Sobizack, diretor administrativo daZSK , fabricante alemão de máquinas de bordar responsável pelos inovadores refinamentos feitos no processo TFP. "O TFP existe desde a década de 1990, mas seus benefícios só agora estão sendo extraídos por meio de avanços na forma como os materiais são colocados e na compreensão de suas propriedades complexas."

Em essência, o TFP aumenta o nível de automação associado à fabricação de polímeros reforçados com fibra de carbono (CRFP), ao mesmo tempo em que reduz drasticamente o desperdício de material. Embora o TFP fosse uma opção atraente no início, inicialmente falhou em fornecer os níveis de produtividade necessários para se tornar uma técnica convencional. Atualizações no processo prometem resolver essas preocupações e a adoção já está se tornando mais difundida nos fabricantes de equipamentos aeroespaciais, de defesa, médicos, de energia limpa, de roupas inteligentes e de equipamentos esportivos.

O TFP oferece liberdade virtualmente ilimitada em termos de aplicações e traz os benefícios dos compósitos ao alcance tangível. Por exemplo, o CRFP pode ser 10 vezes mais forte que o aço, pesando um quinto a mais. Isso se traduz em grandes economias para o setor automotivo e aeroespacial, em particular. "Estudos independentes mostram que uma redução de peso de 10% pode resultar em uma melhoria de 6 a 8% na economia de combustível", explica Sobizack. “A economia é mais acentuada no setor aeroespacial, onde, segundo uma grande operadora aérea, cada quilo retirado de sua frota de aeronaves economiza US$ 20.000 por ano para a empresa. Claro, esses benefícios estão perfeitamente alinhados com a necessidade de reduzir cada vez mais as emissões. "

Uma das desvantagens mais óbvias da fibra de carbono é o custo. Usando técnicas de fabricação tradicionais, os componentes podem custar 20 vezes mais do que uma peça de aço equivalente. Também é inadequado para formas complexas ou de suporte de carga: as propriedades físicas das fibras de carbono são imensamente fortes apenas quando as forças são aplicadas ao longo de seu comprimento. Devido a isso, as camadas de fibra de carbono são aplicadas em diferentes ângulos para aumentar a resistência de um componente em várias direções, o que é um desafio para formas complexas e é extremamente trabalhoso. Cada camada é cortada de folhas de fibra de carbono, que geralmente é pré-impregnada com a resina da matriz (chamada 'prepreg'), levando a um alto desperdício de um material caro – taxas de até 60% em alguns casos. A TFP responde directamente a estas preocupações.

A TFP utiliza técnicas baseadas em bordados para fabricar compósitos. Ao contrário dos métodos de construção laminados tradicionais, o TFP começa com o material de reforço em sua forma mais forte e geralmente mais acessível: fibras secas. Sem camadas para preparar antes de criar a pré-forma, a etapa de corte é totalmente eliminada. Colocando fibras no lugar e costurando periodicamente na camada de base, os resíduos são reduzidos na medida em que a taxa de refugo de material em uma peça TFP fica na região de 1 ou 2%.

"Uma das principais vantagens do TFP é que as fibras individuais podem ser colocadas exatamente conforme necessário, sem a necessidade de múltiplas camadas, dando aos projetistas uma liberdade quase ilimitada para otimizar uma estrutura com base nas forças que atuam sobre ela", observa Melanie Hoerr, gerente técnica da ZSK gerenciador de bordados. "Seu nível de automação torna o TFP totalmente repetível, o que minimiza a variação na dimensão, densidade ou posição da fibra e elimina o erro humano, garantindo um desempenho estrutural consistente.